田云/北京航空航天大學(xué)，北京市 海淀區(qū) 100037

作為一個重金打造的“選秀”平臺，2019中國通用航空創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽展示了若干好項目，發(fā)現(xiàn)了一批優(yōu)秀人才，也發(fā)掘了不少商業(yè)機會。在參賽的23支隊伍中，無人機就有7支，已經(jīng)成為了名副其實的主角。

11月22日，由中國航空工業(yè)集團有限公司、青島市人民政府主辦的“2019中國通用航空創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽”總決賽，在青島市即墨區(qū)舉行。

本屆大賽總決賽分成“科技創(chuàng)新”和“創(chuàng)業(yè)成長”兩個組進行，其中，科技創(chuàng)新項目14個，評審委員均為知名航空科技專家，他們依據(jù)項目的創(chuàng)新及先進性、成熟性、應(yīng)用價值、團隊實力，以及入圍賽、半決賽成績，盡職調(diào)查情況等綜合打分并排定名次；創(chuàng)業(yè)成長項目9個，評審委員多為國內(nèi)知名投資機構(gòu)的代表，項目評比主要以商業(yè)價值為考量，采用實戰(zhàn)實評、實評實投方式，按照意向投資金額大小，排定名次。

作為一個重金打造的“選秀”平臺，本次大賽展示了若干好項目，發(fā)現(xiàn)了一批優(yōu)秀人才，也發(fā)掘了不少商業(yè)機會。

經(jīng)過一天的激烈角逐，各個獎項各歸其主。其中，中國航空研究院團隊的“虛擬舵面”射流飛控技術(shù)獲得科技創(chuàng)新組特等獎，卓爾宇航研發(fā)團隊的卓爾“飛虎”涵道風(fēng)扇推進系統(tǒng)、西北工業(yè)大學(xué)團隊的消防滅火救援無人機獲得科技創(chuàng)新組一等獎；空域低慢小凈空管服一體化系統(tǒng)獲得創(chuàng)業(yè)成長組一等獎。

“虛擬舵面”射流飛控技術(shù)

中國航空研究院團隊“虛擬舵面”射流飛控技術(shù)其在理論探索、數(shù)值分析、試驗驗證等方面取得重大突破，研究成果達到世界先進水平，為此摘得科技創(chuàng)新組特等獎的桂冠。

據(jù)項目負責(zé)人徐悅介紹，現(xiàn)有固定翼飛機繞俯仰、滾轉(zhuǎn)和偏航軸的控制多是由升降舵、副翼和方向舵來實現(xiàn)，這些活動的操縱舵面發(fā)生偏轉(zhuǎn)改變飛行器的外形，從而產(chǎn)生飛行控制所需的氣動力和氣動力矩。而“虛擬舵面”射流飛控技術(shù)(簡稱“虛擬舵面”技術(shù))是一種革命性的飛控理念，拋棄了傳統(tǒng)的飛行控制原理，通過引入外部能量直接改變飛行器周圍的流場流態(tài)，從而產(chǎn)生飛行控制所需的氣動力和氣動力矩。

與傳統(tǒng)機械舵面相比，“虛擬舵面”技術(shù)具備多項潛在的技術(shù)優(yōu)勢。該技術(shù)的應(yīng)用可以大幅降低飛機重量和飛機構(gòu)造的復(fù)雜程度，從而降低維護成本，增加載荷能力或航程。而消除掉機械舵面的鼓包、縫隙、尖銳邊緣、開口、臺階等雷達散射源，又可以進一步提高戰(zhàn)機的隱身性能。因此，該技術(shù)在軍/民領(lǐng)域均具有廣闊的市場前景。

中國航空研究院團隊研發(fā)的“虛擬舵面”技術(shù)，其基本理論來源于經(jīng)典環(huán)量控制理論的科恩達效應(yīng)(Coanda Effect)，即在飛機機翼的鈍后緣施加吹氣射流來改變后緣駐點位置，進而增加機翼的環(huán)量，多自由度匹配狀態(tài)下，產(chǎn)生飛行器飛行控制所需的氣動力和氣動力矩。具體的射流飛控機構(gòu)由離心壓氣機、連接管路和科恩達吹氣后緣組成?？諝庥蓧簹鈾C帶動，通過連接管路到達科恩達吹氣后緣排出?？刂颇Ｊ椒矫妫捎秒p向雙縫道組合控制，實現(xiàn)飛行器的滾轉(zhuǎn)、偏航、俯仰控制。研發(fā)團隊后續(xù)還將引入射流推力矢量噴口技術(shù)強化飛機的俯仰控制，而氣源將由壓氣機供氣改進為發(fā)動機直接引氣，實現(xiàn)全機協(xié)同的射流控制。

圖1 中國航空研究院團隊的“虛擬舵面”射流飛控技術(shù)獲得科技創(chuàng)新組特等獎。

圖2 “虛擬舵面”技術(shù)原理示意圖

近兩三年來，國際主流研究機構(gòu)對“虛擬舵面”技術(shù)給與了高度關(guān)注。據(jù)徐悅介紹，英國BAE系統(tǒng)公司是最早系統(tǒng)地開展“虛擬舵面”技術(shù)研究的機構(gòu)，2017年12月，BAE公司研制的新型隱身無人機MAGMA正式完成首飛，該無人機由BAE公司與英國曼徹斯特大學(xué)聯(lián)合設(shè)計，外形采用飛翼布局，機尾上方配有略外傾的雙垂直尾翼。該無人機采用射流控制系統(tǒng)代替金襟副翼實現(xiàn)升空和機動。北約針對“虛擬舵面”技術(shù)(其稱為主動射流控制技術(shù))，成立兩個任務(wù)組進行演示驗證無人機的開發(fā)和試飛評估工作。北約科技組織(STO)的研究人員在2019年1月的AIAA科學(xué)科技大會上介紹了其主動射流控制技術(shù)的進展，評估結(jié)果認為該技術(shù)對于無尾無人作戰(zhàn)飛機(UCAV)目前已經(jīng)“合理可用”，至少可用于打擊任務(wù)的進入戰(zhàn)場階段(最高速度Ma0.9)。在國內(nèi)，中國航空研究院團隊設(shè)計制造的“虛擬舵面”技術(shù)驗證機分別于2018年12月和2019年10月完成了兩輪試飛。

徐悅還談到，國內(nèi)外在“虛擬舵面”技術(shù)的研究均處于初期的概念驗證和技術(shù)可行性驗證階段，對國外技術(shù)路線的充分借鑒讓其團隊少走了很多彎路，但受限于起步較晚和經(jīng)費投入有限，團隊對射流飛控的控制機理認知方面尚存在不足。因此，團隊還有必要加大人力、物力投入，加強系統(tǒng)性研究，充分掌握其機理機制，盡早進入工程實用。

卓爾“飛虎”涵道風(fēng)扇推進系統(tǒng)

卓爾宇航研究院參賽的“飛虎”涵道風(fēng)扇推進系統(tǒng)”是一款直徑38cm，最大拉力20kg的涵道風(fēng)扇推進器?；谠撏七M系統(tǒng)，卓爾宇航研究院已研發(fā)成功一款總重60kg，載荷20kg的四涵道風(fēng)扇垂直起降無人機。據(jù)卓爾宇航CEO徐強介紹，該無人機尺寸較同類型無人機更加緊湊、抗風(fēng)能力更強，更適合采用系留式供能，具有無限留空的能力，未來可廣泛應(yīng)用于艦載平臺、邊境巡邏、戰(zhàn)場監(jiān)視以及特種環(huán)境下的通信中繼等應(yīng)用場景。

據(jù)了解，涵道風(fēng)扇是一種既傳統(tǒng)又新穎的推進系統(tǒng)，NASA自20世紀60年代開始對此展開了一系列實驗研究，但由于涵道風(fēng)扇的高速性能不理想，極大限制了其在傳統(tǒng)航空領(lǐng)域的應(yīng)用。

隨著當(dāng)前電動及低速短距垂直起降飛行器的大量涌現(xiàn)，涵道風(fēng)扇推進系統(tǒng)優(yōu)勢凸顯。團隊負責(zé)人歐陽星表示，相比于傳統(tǒng)裸露式螺旋槳，涵道風(fēng)扇動力系統(tǒng)具有推力高、噪聲小、安全性高、抗風(fēng)能力強等優(yōu)點：在同樣功率消耗下，涵道風(fēng)扇與相同直徑的孤立螺旋槳相比，能產(chǎn)生更大的推力(同等迎風(fēng)面積推力提高30%)；風(fēng)扇與涵道壁間隙的減小能夠減小槳尖渦流噪聲，同時由于有涵道壁將風(fēng)扇包裹起來，可以有效抑制風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的噪聲；將高速旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇與外界隔離，對使用者而言會更加安全，也可以保證風(fēng)扇葉片的安全，降低部件損毀的可能性；此外，由于有涵道的遮擋，可以將側(cè)風(fēng)對旋翼的影響降到最低。

表 卓爾“飛虎”涵道風(fēng)扇與國外同類產(chǎn)品性能對比

圖3 卓爾“飛虎”涵道風(fēng)扇推進系統(tǒng)”

圖4 卓爾宇航研發(fā)團隊的卓爾“飛虎”涵道風(fēng)扇推進系統(tǒng)、西北工業(yè)大學(xué)團隊的消防滅火救援無人機獲得科技創(chuàng)新組一等獎。

隨著電動航空的發(fā)展，在固定翼飛機領(lǐng)域，以空客E-Fan為代表的涵道風(fēng)扇推進系統(tǒng)將逐步應(yīng)用到通用航空及支線飛機上；在垂直起降飛行器尤其是城市飛行汽車領(lǐng)域，涵道風(fēng)扇推進系統(tǒng)的優(yōu)勢將更加明顯。

據(jù)團隊技術(shù)負責(zé)人田云介紹，目前公司已經(jīng)完成了80kg級推力高速涵道風(fēng)扇推進系統(tǒng)研發(fā)工作，同時已經(jīng)開展了基于該推進系統(tǒng)的500kg級固定翼無人機的研發(fā)以及150kg級三涵道風(fēng)扇短距/垂直起降無人機設(shè)計；另外，公司還在開展基于分布式涵道風(fēng)扇推進的高效動力增升系統(tǒng)研究，相信在不久將帶來更加振奮人心的新成果。除了在航空領(lǐng)域外，公司正在開展基于涵道風(fēng)扇推進的復(fù)雜水域高速快艇研發(fā)以及其他民用領(lǐng)域拓展應(yīng)用研究。

談及與國外先進水平的差距，田云坦言，從懸停拉效以及高速推進效率來看，卓爾“飛虎”涵道風(fēng)扇與其他國家公布的幾款涵道風(fēng)扇推進系統(tǒng)水平相當(dāng)；但受制于國內(nèi)大功率電機及涵道內(nèi)壁降噪技術(shù)的制約，目前涵道風(fēng)扇推進系統(tǒng)整體效率及噪聲水平還有待提高。

其他參賽項目

西北工業(yè)大學(xué)“天龍”團隊帶來的研發(fā)的消防滅火無人機同樣獲得了科技創(chuàng)新一等獎，其針對高層建筑失火等應(yīng)用場景，采用多旋翼飛行平臺，將無人機技術(shù)、火箭彈技術(shù)、激光測距技術(shù)與消防滅火技術(shù)相融合，搭載多種任務(wù)載荷，有望解決城市消防中“夠不著、進不去、展不開”的問題。

中交遙感天域科技江蘇有限公司開發(fā)的“空域‘低慢小’凈空管服一體化系統(tǒng)”，專門針對低空“低慢小”目標的管控與服務(wù)，已經(jīng)在重大社會活動中得到實際應(yīng)用。中交遙感與中國鐵塔公司的經(jīng)營思路，使其摘得創(chuàng)新成長組一等獎的桂冠?！?/p>