宋志鵬+肖長天+馬雅琪

摘 要：鑒于現(xiàn)有傳統(tǒng)無人機(jī)的優(yōu)勢(shì)如：四旋翼無人機(jī)使用靈活，固定翼無人機(jī)航速快、航程遠(yuǎn)等優(yōu)勢(shì)不集中的問題，本文提出了一種新型垂直起降固定翼無人機(jī)，該垂直起降固定翼無人機(jī)有多種飛行模式，結(jié)構(gòu)簡單，具有失穩(wěn)保護(hù)功能。并分析了該垂直起降固定翼無人機(jī)工作原理。同時(shí)，分析了現(xiàn)有無人機(jī)物流業(yè)的現(xiàn)狀，展望該垂直起降固定翼無人機(jī)在物流業(yè)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)；垂直起降；物流業(yè)

1 背景環(huán)境

近年來，隨著大疆無人機(jī)等優(yōu)秀企業(yè)的影響力不斷擴(kuò)大，無人機(jī)開始被人們所熟知。與此同時(shí)，無人機(jī)在民用領(lǐng)域、商用領(lǐng)域開始展露頭角。但現(xiàn)有的各種無人機(jī)，各自有各自的優(yōu)點(diǎn)，難以做到優(yōu)勢(shì)集中。譬如：傳統(tǒng)的無人機(jī)如四旋翼具有垂直起降、空中懸停功能的功能，雖然靈活性強(qiáng)，能夠完成短距離小范圍的飛行任務(wù)，但是由于續(xù)航問題和旋翼機(jī)的爬升原理的限制其在中高空、遠(yuǎn)航程、高航速應(yīng)用領(lǐng)域表現(xiàn)欠佳；傳統(tǒng)的無人機(jī)如固定翼具有載重量大、遠(yuǎn)程快速的特點(diǎn)，但是起飛條件嚴(yán)苛，往往需要長距離的平直跑道，這對(duì)發(fā)揮固定翼飛機(jī)的性能，是不利的，會(huì)造成使用場(chǎng)地受限，增加使用成本的問題。

2 方案介紹

本方案的目的使為了克服已有技術(shù)的不足之處，提供一種垂直起降固定翼無人機(jī)，下面將簡要介紹其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：其結(jié)構(gòu)包括機(jī)身1、推進(jìn)裝置2、第一機(jī)翼3、第二機(jī)翼4、腳架5、機(jī)身固定件6、機(jī)身固定板7、連翼?xiàng)U8、電池9、飛控10、整流罩11、攝像頭12。其特征在于：所述推進(jìn)裝置2包括四個(gè)裝有螺旋槳的電機(jī)，分別與第一機(jī)翼3、第二機(jī)翼4固接，安裝位置分別占據(jù)與機(jī)身1軸向垂直的平面上正方形的四個(gè)頂點(diǎn)，正方形的邊長等于第一機(jī)翼3、第二機(jī)翼4的間距。

本方案具有如下有益的效果與明顯的特點(diǎn)：

（1）該垂直起降固定翼無人機(jī)有多種飛行模式，既能以垂直方式實(shí)現(xiàn)起降，也能以水平姿態(tài)實(shí)現(xiàn)高速航行，同時(shí)還能以四旋翼模式飛行，并可以實(shí)現(xiàn)飛行模式之間的快速轉(zhuǎn)換；

（2）該垂直起降固定翼無人機(jī)簡化掉固定翼無人機(jī)的舵，采用一套推進(jìn)裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，采用差速控制無人機(jī)的轉(zhuǎn)向和俯仰，無需復(fù)雜的控制系統(tǒng)和無人機(jī)結(jié)構(gòu)；

（3）該垂直起降固定翼無人機(jī)具有失穩(wěn)保護(hù)功能，因人為因素?zé)o法控制無人機(jī)時(shí)，撥動(dòng)遙控器預(yù)設(shè)開關(guān)，即可自動(dòng)轉(zhuǎn)化為四旋翼模式并懸?；蚩晒┻x擇地返航到遙控器所在位置，增加無人機(jī)的安全性和可操作性。

現(xiàn)具體介紹無人機(jī)的控制方法：起飛時(shí)，由推進(jìn)裝置2中四個(gè)電機(jī)帶動(dòng)螺旋槳產(chǎn)生豎直向上的升力帶起整個(gè)無人機(jī)。此時(shí)，無人機(jī)處于飛控的作用之下，可進(jìn)行四旋翼模式下的飛行；當(dāng)無人機(jī)到達(dá)適宜高度后，操作員操控遙控器切斷飛控10對(duì)無人機(jī)的影響，并調(diào)整無人機(jī)的飛行狀態(tài)由起降模式下機(jī)身1處于豎直方向至航行模式機(jī)身1處于水平方向。此時(shí)無人機(jī)的第一機(jī)翼3、第二機(jī)翼4處于水平狀態(tài)，可進(jìn)行高速航行，完成預(yù)期任務(wù)。欲降落或因人為原因使無人機(jī)失控時(shí)，操作手通過設(shè)置遙控，恢復(fù)飛控10對(duì)無人機(jī)的控制，飛機(jī)由航行模式恢復(fù)至起降模式，實(shí)施降落。

3 應(yīng)用領(lǐng)域

伴隨無人機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和日益擴(kuò)大的市場(chǎng)需求，無人機(jī)在民用領(lǐng)域發(fā)揮的作用將越來越大，尤其是在物流業(yè)。目前國內(nèi)快遞市場(chǎng)容量全球第一，并且以非常高的速度在發(fā)展。關(guān)于“最后一公里”的問題遲遲沒有得到解決，但總體的趨勢(shì)是明確的，即科技化、自動(dòng)化、綠色化。目前，農(nóng)村快遞可行的一大關(guān)鍵問題是，如何降低遠(yuǎn)離倉儲(chǔ)空間的偏遠(yuǎn)地區(qū)的快遞成本？一些地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施差，以劃算的價(jià)格抵達(dá)這些地點(diǎn)幾乎不可能。而無人機(jī)能改變這一切，在路修好前把貨物送達(dá)。

作為中國最具認(rèn)可度的快遞公司，順豐速運(yùn)在無人機(jī)物流上走在了國內(nèi)無人機(jī)物流業(yè)的前列。根據(jù)順豐相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，應(yīng)用于無人機(jī)物流的無人機(jī)由順豐自主研發(fā)，為八旋翼無人機(jī)，下設(shè)有載物臺(tái)，飛行高度約在百米左右。具體方案如下：首先，在兩地之間規(guī)劃了一條固定的航線，避開學(xué)校、居民區(qū)等人員密集的場(chǎng)所；其次，無人機(jī)運(yùn)輸全程通過GPS進(jìn)行定位和監(jiān)控。再者，無人機(jī)配送模式，并非真正通過無人機(jī)把快遞直接送到村民的家里，而是會(huì)首先配送到各個(gè)村的“鄉(xiāng)村推廣員”手中；最后，由各個(gè)村的“鄉(xiāng)村推廣員”將貨物送到村民手中。

采用八旋翼無人機(jī)的優(yōu)勢(shì)在于，可以垂直起降，不受地表?xiàng)l件限制。但在飛行過程中，大量的電能消耗在了產(chǎn)生豎直向上的力以平衡自身的重力，機(jī)身發(fā)生傾斜以使機(jī)體獲得水平分力，但隨之而來的是旋翼迎風(fēng)面積增加，受阻增大。因此多旋翼無人機(jī)航速慢、續(xù)航能力不強(qiáng)，無法應(yīng)對(duì)日益增長的物流行業(yè)的需求，具有一定局限性。而本文提出的一種垂直起降固定翼無人機(jī)，既具備垂直起降功能，由具備固定翼飛機(jī)航速快、航程遠(yuǎn)的特點(diǎn)，并且具有多模式轉(zhuǎn)換，有利于應(yīng)變多種航行條件。在未來的無人機(jī)物流行業(yè)有望占有一席之地。

4 結(jié)束語

本文對(duì)傳統(tǒng)無人機(jī)特點(diǎn)進(jìn)行了簡要的總結(jié)，提出了一種新型的垂直起降固定翼無人機(jī)并對(duì)其原理和功能做出了詳細(xì)介紹。通過對(duì)無人機(jī)物流市場(chǎng)前景的分析，認(rèn)為倘若主要靠人力解決問題，那么這個(gè)行業(yè)的發(fā)展將是十分緩慢的，勢(shì)必走向科技化、自動(dòng)化、綠色化。而傳統(tǒng)的多旋翼無人機(jī)無法應(yīng)對(duì)日益增長的物流行業(yè)的需求，由此我們認(rèn)為，垂直起降固定翼無人機(jī)的投入和使用，必將為物流業(yè)帶來巨大變化。

參考文獻(xiàn)

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