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无人机第一课

作者：马春梅

来源：《大学生》2020年第01期

????????深秋的北航，在新主楼的二楼，参加第十六届“挑战杯”决赛的大约几百件作品绵延排开，这个亚洲最大的教学楼里有足够的空间容纳这些作品。温暖的阳光透过窗外金黄的枫叶照进来，场内熙熙攘攘、热气腾腾。

????????在一处明显比别的展位大一些的场地，马元一同学站在一架无人机旁边，这是他们团队的作品。无人机架在快到他肩膀的半空中，机头抬起，似欲起飞。他背后一边是展板，有图有文字，是他们作品的介绍;一边是巨大的液晶显示屏，播放着无人机从军舰上起飞、飞行的模拟影像。聚在屏前观看的人络绎不绝，时而还有人上前和马元一交谈。

????????11月12日晚，决赛落幕，北京航空航天大学以6项特等奖的优异成绩与清华大学共同捧得最高荣誉“挑战杯”。北航同学的6个作品中，就有马元一所在团队的这个无人机作品。

????????这架无人机叫“基于低阻复合式气动布局的垂直起降高速飞行平台”，它的创作团队由李盛喆、夏宇辰、马元一、韩睿四名同学和指导老师王耀坤组成。比赛前，第一作者李盛喆出国深造，而韩睿攻读硕士研究生时间不充裕，所以筹备此次“挑战杯”的工作就落到了夏宇辰和马元一身上。

????????当记者说起这个无人机名字对非专业人士来说实在有点拗口的时候，夏宇辰笑着解释道，“目前，它确实还没有昵称，名字虽然长，但也最能体现它的特色。”還是这个主楼，在5楼的一间实验室，夏同学和马同学作为团队代表接受了记者的采访，交谈中，记者从他们这里学习到了无人机的第一课。

????????“它‘牛’在哪儿呢？”记者问。两位同学回答，简单说它实现了垂直起飞、稳定过渡、高速飞行。这个无人机翼展3米乘3米，只要有比这个尺寸大一点的空地，它就可以垂直起飞;起飞到安全的高度它可以迅速过渡到稳定的高速飞行状态;它时速可达300公里，超越了目前最快的载人直升机220公里的时速。

????????一般常见的飞机都是固定翼飞机，它需要较长的跑道进行滑跑起飞，对起降场地要求很高，而能够做到垂直起飞的直升机，它的速度又比较慢。这款无人机最大特色就是垂直起飞，而且相较于载人直升机，它又能达到更高的速度。

????????这个团队是通过哪些技术创新实现了这些？两位同学详细讲解道：外形上是低阻复合式气动布局，也就是通过四个大拉力的四旋翼，分别配置在无人机的四个方面，从而带动无人机实现垂直起飞。结构上是包覆式整流机构，也就是给无人机的螺旋桨设计了一个收纳机构，垂直起飞的时候螺旋桨伸出来，在高空平行飞行时收起来，从而降低飞行阻力，实现高速。动力上是油电混合的动力系统，采用了涡轮喷气式发动机，并进行了必要的适配设计，另外无人机机身使用了新型复合式材料。正是这四大特点：低阻复合式气动布局、包覆式整流机构、油电混合动力系统和新型复合材料，深深打动了评委。

????????两位同学还讲到，这架无人机的应用场景主要是驱逐舰，因为驱逐舰舰载飞行平台通常设在舰尾，起降空间小，不能满足像在航母上一样的滑跑起飞条件，这使得垂直起飞成了必选项。但如果使用普通载人直升机载人执行舰上巡航任务，那又必须承担人员伤亡风险，而且飞行速度也比较慢。一款能够实现稳定可靠的垂直起飞、高速飞行的无人机，能较好地满足驱逐舰上的巡航作业需求。当然要真正应用到军舰上，还要进行多次军舰上的实地实验，解决克服大风的影响等实际问题。

????????此外，这个无人机在民用上也有很大前景，比如森林巡防，在森林旁边不可能都配齐跑道，那么这种对起降条件要求比较低的无人机就有了用武之地，而且相较于人力巡防还能缩短作业时间，同时覆盖较大面积。这架无人机仍有很大优化和改进的空间，项目研发还会继续迭代。

????????说到“迭代”研发，其实这次参赛的这架无人机已经是第四代了，第一代还只是一个普通的四旋翼无人机，同时携带一个固定翼，在空中分离后实现巡航功能。到了第二代，常规固定翼和垂直起飞的螺旋桨就被融合到了一起，实现了一架无人机的垂直起飞和高速飞行。到第三代时，无人机外形得到了大幅改进，阻力减低后，飞行性能和速度大幅提升，第四代在更换了动力系统之后，飞行性能和速度再一次得到提升。

????????在四年时间里，先后有四“代”北航同学参与到这个项目中来，项目最初的想法由李盛喆提出。“在大一航空航天概论课上，院长向同学们介绍了各类新式无人机概念，其中说到垂直起降高性能无人飞行器一直是欧美国家军事研究的热点，而我国仍处于起步阶段。后来，我又了解到非航母作战舰艇由于起降空间的限制对舰载无人机又有着特殊的需求，于是一个项目点子就这样闯进脑海：能不能造出一架适合非航母作战舰艇的可以垂直起飞并高速飞行的舰载无人机呢？”李盛喆回忆道。

????????后来，“迭代”研发的方式给了夏宇辰和马元一等人参与项目的