运输型无人直升机发展的关键技术及建议

姬乐强 刘芳国

随着军事、民用领域对空中物流的急迫需求，运输型无人直升机将成为世界性的研究热点。通过对国内外运输型无人直升机的研究现状和需求分析，提出未来运输型无人直升机发展需突破的关键技术，并给出了我国运输型无人直升机的发展建议。

空中物流概念的提出，为当今世界物资运输行业提供了极具前途的选项，同时对运输型无人机在军事、准军事、民用的发展提出了急迫的需求。从美国空中力量的发展路线可以看出，未来物资补给任务的四分之一将由无人机完成。

无人直升机能够垂直起降和空中悬停，机动灵活性高，无需机场跑道，对起飞场地要求小，使用保障方便，所以相比固定翼无人机更加适合在高原、山区等复杂环境下使用。运输型无人直升机对提高“最后一公里”运输效率、作战任务和救援任务成功率，增强运输物资使用的时效性，解决运输枢纽和集散中心的负担、降低运输成本等具有里程碑式的地位。

国内外发展现状

近年来，国外开展了多种运输型无人直升机的研制工作。

美国在具有山区环境特点的阿富汗部署两架货运能力3.5t、续航能力402km的K-Max无人直升机进行自主货运能力的验证，以期解决后勤保障和作战物资补给的精准投放等问题。2017年，美国海军完成了UH-1直升机手持平板操控的物资补给飞行演示。贝尔公司开始计划研制商载450kg物流运输型无人机APT，可实现将快递上门的运输任务。西科斯基通过改装S-76直升机，设计了首款载客无人直升机SARA，并采用平板操控，完成了飞行测试。波音公司公布了一种电动八旋翼运输型无人机eVTOL，该机重量339kg，有效载荷可达227kg，可在30km内提供货运服务。2017年6月，美国推出混合动力的无人直升机SureFly，该机可携带180kg货物，飞行距离达llOkm。

俄罗斯正在研制卡-226T无人直升机，该机可执行一切气象条件下的运输和特种任务，起飞重量3.4t，任务半径600km，任务载重高达1.5t。

国内开展无人直升机的研究较晚，尽管我国在国家政策层面大力推动无人直升机发展，但是，目前我国在物流及运输领域可用的无人直升机装备几乎没有。从任务载荷能力和环境适应性出发，纵观国内现有成熟平台，航空工业直升机设计研究所自主研制的AV500无人直升机，可以胜任部分物资运输任务。AV500无人直升机最大起飞重量500kg，任务载荷高达150kg，最大续航时间lOh，实用升限可达5000m。

需求分析

航空货运将物流行业从地面物流形态提升至空地一体形态。目前，物流行业世界年均包裹数量700亿件、营业额高达4000亿人民币。据统计，2017年，国内包裹数量占全球的近一半。电子商务的蓬勃发展，使得快递的总量飞速增加，而物流运输的效率和成本控制成为当下十分尖锐的问题。同时，航运集散中心也难以承担物流的迅猛增长，急需提高物流运输“最后一公里”的运输效率和运输成本。采用无人机派送相比传统物流模式可使得物流费用大大降低。

我国边境线长，复杂地形山区、海洋和岛屿多，而在该地区的机场分布少，加之固定翼对使用保障要求高，不利于物资的末端运输。目前适应复杂环境，最高效的末端运输装备是直升机。而有人直升机受飞行员、飞行环境的限制较多，使用成本和风险都比较高。无人直升机受人的因素、环境因素影响较小，特别是风险较小，是最佳选择。无人直升机执行运输任务时，对起降场地的要求极低，是支线固定翼运输机的有效补充，也是现代运输网的重要空中节点，具有极高的商业价值。

在高原、海上、岛屿等恶劣环境下，一旦发生军事冲突或有人员在该地区受困或发生灾难事故，急需输送战需物资或救援物资。由于受地形和道路限制，以往该地区物资的末端运输，无法采用机械化手段，多数采用化整为零，再通过人力和畜力并用的方式来实现，效率很低，严重影响人员救助的及时性和物资使用的时效性。特别是对于集成化的大型物资，即便是化整为零，也难以用人力和畜力来实现复杂环境下的末端运输。这就迫切的需要具备大载荷、高升限、高环境适应性、安全可靠性高的智能化运输型无人直升机，突破恶劣环境限制，抵达救援现场，精准投放或卸载救援物资，实现高原、海上或岛屿等地区的物资运输任务，提高人员救助和物资运输任务的成功率。

在海上，我国海域广阔，石油资源丰富，各石油公司也是加紧了石油的勘探和开采，建立了大量的海上石油钻井平台。海上石油钻井平台相对孤立，平台和陆地之间、平台和海岛之间、平台和平台之间不相连，物资和人员主要靠后勤供应船和有人直升机承担。由于平台之间调运物资、工具、设备等物品相对重量较轻，体积较小，采用后勤供应船进行调运成本过高，效费比低。而有人直升机使用维护成本高，往返运输同时要考虑驾驶员疲劳及安全等因素。因此，海上作业引入运输型无人直升机，可以执行从陆地至钻井平台、钻井平台之间的物资运输及调配任务，从而提高效费比，提升物资运输调配效率，缩短作业周期，降低运输成本。

此外，海事救助打捞、林业防护等各民用领域均对重型运输型无人直升机提出了急迫的需求。

研制运输型无人直升机，开展智能化、高性能、高可靠性的运输型无人直升机技术研究，对支撑我国无人机物流商业化道路发展，满足军事、民用领域的实际需求均具有重要意义。在军民融合形势下，可以利用民用无人机技术，研制满足部队使用的战备物资运输型无人直升机，为国防建设作出应有贡献。

关键技术

未来运输型无人直升机的发展需紧密结合用户地域、时域的使用需求，同时考虑用户使用的安全性和便捷性。因此，物资的快捷装卸，智能化飞控、测控技术，高环境适应性是运输型无人直升机的主要发展方向。由此，未来运输型无人直升机的发展必需突破以下关键技术。

（1）运输型无人直升机货物吊挂装置技术研究

基于运输型无人直升机货物吊挂运输需求，开展运输型无人直升机可达性及快捷性的吊挂设计、重量重心设计等研究。

（2）运输型无人直升机吊挂货物稳定飞行控制技术研究

开展运输型无人直升机气动特性及动力学建模技术，建立高精度的运输型无人直升机吊挂货物飞行动力学模型，开展运输型无人直升机货物吊挂飞行控制的自适应鲁棒稳定性设计。

（3）运输型无人直升机异地交权控制技术研究

开展运输型无人直升机异地交权控制技术和卫星通信测控技术研究。并基于该项研究开展飞行控制权限交接和无人直升机远程控制技术研究。

（4）运输型无人直升机智能着陆控制技术研究

基于复杂地形的自主着陆需求，开展多源传感器信息融合技术研究，开展运输型无人直升机自主着陆控制技术研究。实现无人直升机的智能着陆控制等功能。

（5）运输型无人直升机自主识别与防撞技术研究

结合多传感器智能感知技术，开展运输型无人直升机自动控制技术研究。开展运输型无人直升机飞行控制与管理系统顶层构架设计，实现直升机的航线在线重规划、自主识别与防撞、智能着陆控制等功能。

（6）运输型无人直升机精准投放技术研究

基于吊挂货物稳定飞行控制技术、大数据、多源信息融合技术等，开展运输型无人直升机飞行条件智能感知、智能决策，实现运输物资点对点精准投放的任务需求。

（7）运输型无人直升机抗风切变技术研究

针对高原地区复杂飞行环境，考虑风切变对运输型无人直升机飞行影响，开展风切变下运输型无人直升机飞行动力学和飞行控制律设计研究，进一步提高运输型无人直升机环境适应性和任务完成度。

发展建议

鉴于我国对运输类无人直升机的急迫需求，建议国家层面进行顶层策劃，开展运输型无人直升机发展路线图及型谱规划研究；制订运输型无人直升机相关标准、规范体系，如安全性、可靠性规范，吊挂等适航体系；开展运输型无人直升机研制技术路线，突破相关关键技术，可先行开展有人直升机无人化加改装，满足军事、民用领域运输型无人直升机的急需，同步开展“以任务为中心”的无人直升机的全新研制，解决未来运输型无人直升机发展需求。同时，基于“军民融合”发展思路，积极开展与民营企业如顺丰、通航等的战略合作，进一步推动运输型无人直升机的研制发展。