腦洞大開的環形無人機！貝爾公司開發新型垂直起降無人運輸機

圖注:貝爾公司「九頭蛇」環形機翼無人機，這是它水平狀態，垂直起飛後，它會調轉90度，像是立起來的「車輪」一樣向前平飛

現在大家常見的飛機，要麼有旋翼，要麼長著翅膀，看上去都挺普通，但你們見過環形的飛機嗎？美國著名的貝爾直升機公司，近期就研發出一款像是「手環放大版」的專門用於垂直起降運輸環形無人機，名叫「九頭蛇」。

環形飛機並不奇怪

其實長成環形的飛機並不奇怪，在術語上被稱之為「環形機翼飛機」，環形翼像一個短粗的空心筒子，上下圓弧部分產生升力，左右圓弧部分阻隔翼尖繞流，並提供方向穩定性。環形機翼可以看做是翼尖相連並經過圓整的雙翼，升力高於雙翼，並且不存在橫滾穩定性問題，非常適合立式垂直起降飛機，因此在上世紀50年代左右垂直起降飛機概念最為火熱的時候，曾經有不少飛機公司都爭相研製這種環形翼飛機，法國的C-450環形翼垂直起降戰鬥機就是其中的代表。

圖注:環形機翼飛機的鼻祖之一，法國C-450垂直起降戰鬥機模型

然而環形翼飛機雖然有這樣那樣的優點，但也存在一些技術問題，在當時難以攻克。於是當年環形翼熱潮平復之後的半個世紀以來，這一設計被飛機設計師們束之高閣，極少有人還能想起它來。

但貝爾直升機公司的的技術人員們把環形翼飛機從故紙堆里重新發掘了出來，研製出「九頭蛇」混合動力垂直起降無人機。

「九頭蛇」概況

「九頭蛇」無人機採用環形機翼設計，由多段機翼拼接成環形，每段機翼上和機翼與機身連接的輻條上均裝有電機。這些小型電機提供分散式推進動力，滿足飛機升力需求，可在飛機遇到故障時提供額外升力。在使用尾部推進垂直起飛後，九頭蛇爬升至安全高度，向前旋轉九十度至水平飛行，飛行中看上去就像是一個平躺著的圓筒。傳統環形翼無人機的缺點，就是控制系統較為複雜，在50年代沒有電傳飛控技術的時候，尤其令飛機設計師頭痛，「飛行的圓筒」在空中姿態極為靈活敏捷，同時也極難控制，一個不慎就會機毀人亡。

然而「九頭蛇」採用的兩個新技術，完全解決了環形翼的老問題，充分發揮了環形翼的優勢。其一，「九頭蛇」採用了先進的電傳飛控系統，實現了所有旋翼的全自動化協同控制，能夠在任何姿態任何狀態下完美、精確控制飛機，特別是在被認為最難控制的垂直起降與平飛轉換階段，也能做到一絲不差。其二，「九頭蛇」採用電動分散式驅動技術，它不像傳統的環形翼飛機採用發動機驅動多個旋翼或驅動多個控制面，而是取消了傳動機構，將飛機的控制系統分開來控制，每段機翼上的每台電機都是獨立的，通過電傳飛控系統實現統一整合，這樣一來，飛機真正實現了靈活控制，充分發揮出環形翼的機動性優勢，不但能做到直升機所能做到的所有機動動作，而且比傳統直升機更靈活得多。而且多個電機驅動，使得飛機安全性大大增加，即便其中幾個電機出現故障，也不影響「九頭蛇」正常安全飛行。這就避免了環形翼飛機一旦動力故障後難以迫降極易墜毀的痼疾。

未來展望

「九頭蛇」無人機樣機於2017年12月4日在達拉斯沃斯堡進行了成功首飛，雖然試飛當天沃斯堡風很大，但「九頭蛇」無人機的起飛和姿態轉換完全不受影響，飛機首飛非常完美。

實際上「九頭蛇」的研製進度非常快，從概念研發到首飛只用了5個月時間，貝兒公司希望「九頭蛇」無人機能夠充分發揮其垂直起降、機動靈活、混合電力推進系統技術先進等優勢，在競爭美軍無人運輸機項目中取得勝利。從目前來看，「九頭蛇」將獨特的環形翼布局與先進的分散式電動推進螺旋槳技術結合在一起，已經展現出巨大的潛力，這一技術創新值得關注。

【兵工科技】系大魚號內容合作簽約作者。

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