呼之欲出的大型货运无人机

徐德康

随着航空货运需求量的逐年增加以及互联网、大数据、人工智能和各类无人创新技术的成熟，一些无人机制造商已将重点转向了大型货运无人机的研制，这类飞机的尺寸和携带有效载荷的能力可以达到现在商用飞机的量级，甚至直逼波音747的大小和运载能力。

随着电子商务和快递业务的增长，许多货运企业开始关注能自主飞行的货运无人机的发展，用货运无人机作为地面物流系统的补充已经成为行业的共识。但是截至目前，与无人机物流有关的活动大都集中在投送小型包裹的小型无人机上，大型货运无人机的应用一直被视为是未来的事。然而，随着航空货运需求量的逐年增加，持證飞行员的数量已经出现紧张，加上航空人工成本日渐攀升，促使无人机制造商和货运公司越来越期望能够提升货运无人机的有效载荷能力，甚至发展出有效载荷1f以上的货运无人机。与有人驾驶大型货运飞机相当的大型货运无人机的研发也提上日程，并期望于2020年投入使用。

例如，美国的纳体鲁斯货运公司（Nafilus）在2017年11月已经结束了第二轮种子基金的融资，计划首先研制一款水上货运无人机，接着研制陆基大型货运无人机，其大小相当于波音747，其缩比的原型机的飞行试验正在准备中。美国的埃尔罗伊航空公司（ElroyAir）也在201 7年12月获得了460万美元的种子基金，开始研制电动垂直起降大型货运无人机，也准备进行缩比原型机的飞行试验。美国另一家企业“剑翼”飞机制造公司在2018年1月完成了首轮融资，筹集到近100万美元，计划研制大小相当于赛斯纳208“大篷车”飞机的区域货运无人机，并期望在今年秋季进行65%缩比样机的飞行试验。

超大型货运无人机

成立于2014年的纳体鲁斯公司一直致力于研制一款能替代传统货运飞机的低成本空中运输工具，可用于横跨太平洋和大西洋航线。但是如果选用传统的空运系统，虽然速度快但价格昂贵，如果选用海运则运费便宜，但速度太慢。所以纳体鲁斯公司正在寻求第三种方案，即研制一款超大型货运无人机，货运载荷及航程与波音747/777货机相当，而运输成本减半。这种货运无人机将使用涡桨发动机，从而降低油耗以节省燃油成本，这样虽然飞行速度较喷气式飞机慢，仅有Ma0.4，但仍比货船速度要快十几倍。

根据纳体鲁斯公司的计划，第一步是先制造一架重900kg、长9m的缩比水上无人机，其大小和重量与“捕食者”无人机类似，但有效载荷为320kg，采用一台Rotax 912活塞发动机作为动力，并已经获得FAA的试飞许可。纳体鲁斯公司认为，在水上运营的无人机能比较容易获得认证，因为在海上起降和飞行可以不经过人口稠密的城镇上空。第二步是利用以上设计衍生出一架全尺寸的货运水上无人机，无人机全长60m，有效载荷90f，期望到2020年投入使用。此全尺寸无人机可能使用涡桨或涡扇发动机，但不大可能使用电推进系统，因为纳体鲁斯认为电动系统不适合用于货运飞机。

纳体鲁斯公司的最终计划是研制一款在陆地上使用的超大型货运无人机，采用翼身融合体（BWB）布局，从而增加货舱容积。纳体鲁斯公司认为，现在传统形式货运飞机虽然载荷较大，但货舱的容积较小，由于电子商务的增长，货舱常常在达到有效载荷上限之前就已被塞满，从而浪费了有效载荷。采用了BWB设计后，货舱的容积可增加30%。根据公司计划，首先制造的将是一款最大起飞重量约9.1f、能携带3.5～4.5f有效载荷的小型无人区域货机，采用PT6A涡桨发动机作为动力。该机计划在2020年进行飞行试验，并按照FAA重新修订的FAR 23部规定、在未来3年内进行认证。纳体鲁斯下一步将研制一款有效载荷40f、尺寸相当于波音767的货运无人机；而最后研制的将是相当于波音747/777大小、能携带100～120t货物的跨太平洋货运无人机。

“铝质猎鹰”垂直起降货运无人机

成立于2016年11月的埃尔罗伊（EIroy Air）公司，最初是想挤入eVTOL城市飞行器市场，但是在了解了客运无人机认证的时间框架后，决定转向货运无人机市场；其目标是能垂直起降的大型货运无人机，潜在客户是飞行距离约480km内的短程航空物流服务公司。

埃尔罗伊公司认为，使用垂直起降货运无人机有两点优势。首先是成本低，使用垂直起降的货运飞机，可以不必使用费用高昂的机场等基础设施，制造和运营成本较低；其次是时效性高，例如很多货物投递路线的地形不适合采用卡车投送，或者用卡车投送的效率太低，而货运无人机飞行速度则要快得多，而且埃尔罗伊公司还计划配备货物装卸的地面机器人，机器人可自动捡起装有货物的吊舱。任务的整个过程不需要很多人参与，只需用一名操纵员就可管理一个机队，人工成本也大大降低。埃尔罗伊公司正在研制自动驾驶仪，并表示最初货运无人机原型机的飞行将由地面操纵员遥控，然后逐步添加自主飞行功能，最终的目标是设计一款可由一名地面操作员管理5架货运无人机的无人货运系统。

埃尔罗伊公司正在研制的这款货运无人机被称为“铝质猎鹰”，采用双撑杆串列机翼设计，中央机身下半部为货舱，在每个撑杆下面分别装有3个螺旋桨用于垂直升降，机尾有一个推进螺旋桨用于向前飞行。该机可携带68kg货物，飞行速度为161km/h。埃尔罗伊公司现在正在制造一架缩比货运无人原型机，以验证空气动力学和飞控系统，而且希望这种货运无人机能在城市地区运行。虽然这种大型货运无人机比普通飞机飞得低，速度也较慢，但仍然会与普通飞机共享空域，因而必须为其配备空中防撞系统。

全尺寸“铝质猎鹰”原型机的升力系统（旋翼、电机和控制器）已经得到验证，包括升力和噪声的测量。试验表明，“铝质猎鹰”的每个旋翼都达到了预期的推力，而噪声只比环境噪声高了“几分贝”。同时，由于采用了可变矩旋翼，因此允许采用更大直径的旋翼，其转速可以更慢，噪声也就更低。

埃尔罗伊公司表示，“铝质猎鹰”缩比原型机的地面试验将于近期开始，而全尺寸原型机的试飞将在今年夏末进行，期望能在2021年提供最初的客户。

“双足飞龙”货运无人机

美国“剑翼”飞机公司采取了不同的路线进入货运无人机市场。该公司首先制造了称为“天龙座”2（Draco-2）无人机的65%缩比验证机，设计航程可达9250km，该机将参加在2019年秋季举行的“太平洋无人机”挑战赛。该挑战赛要求无人机从日本仙台直飞美国硅谷，飞行距离达8320km。在整个飞行中，要求无人机不经停、不加油、也不能使用热气球、火箭等辅助飞行方式，而且要全程无人驾驶自主飞行。

“剑翼”飞机公司表示，“天龙座”2也是公司计划研制“双足飞龙”（Wyvern）货运无人机原型机，该机的尺寸和飞行速度与赛斯纳208“大篷车”相当，但携带的有效载荷几乎是“大篷车”的两倍。

“双足飞龙”将采用混合电动推进系统，采用两台汽油发动机驱动发电机，为成对安装的8个风扇提供电力。但“天龙座”2与“双足飞龙”还存在较大区别，“天龙座”2不是一种垂直起降无人机，而“双足飞龙”则可以垂直起降，不仅能携带更大的有效载荷，还可以超短距起飞，并在目的地垂直降落。该机不仅可以服务于与“大篷车”飞机航程范围相同飞行距离为370～1480km的市场，而且可以深入到基础设置较差的偏远乡村。

无人驾驶电动飞机

据美国《航空周刊》2017年2月报道，迪拜的道路和运输管理当局（RTA）主席马塔尔阿尔塔耶尔表示，阿联酋政府计划到2030年将25%的个人出行转变成不同形式的无人驾驶运输方式。来自中国的亿航公司已经完成了全尺寸亿航184无人驾驶飞机的飞行测试。亿航184最大起飞重量为363kg，可搭载1名乘客进行自主飞行。该机具有垂直起降功能，在4个悬臂端安装有4对共8个旋翼。巡航速度为100km/h，巡航高度为914m，续航时间为30min，着陆速度为4m/sec，电池充电时间为1～2h。

另据美国《航空周刊》2017年10月报道，德国Volocopter公司与RTA启动了为期5年的自主城市出租车（AAT）项目，其Volocopter2X双座电动垂直起降飞机在2017年9月25日在迪拜完成了首飞。首飞在朱美拉海难上空持续了5min。Volocopter 2×是一架18旋翼垂直起降飞机，飞行速度可达100km/h，续航时间达30min。