垂直起降固定翼无人机追求极简风

近日，美国国防高级研究计划局 （DARPA）启动了一项垂直起降固定翼无人机项目，要求能够在没有复杂发射和回收设备的情况下运行，从根本上提高垂直起降无人机的航程、载荷、续航能力和重量。

作为无人机庞大家族中的一员，垂直起降固定翼无人机兼具垂直起降旋翼型和固定翼型无人机的多种优势，正在成为舰载无人机的热门研究方向。那么，什么是垂直起降固定翼无人机？该类型无人机有何优劣势？

美国下一代垂直起降飞机设计方案

热门方向 形式多样

8月23日，美国DARPA宣布启动“辅助”无人机项目，开发一种质量在113~150公斤之间的战术无人机，无需特殊发射和回收装置辅助，便可直接从舰艇飞行甲板或狭小简陋的陆地起飞。

根据DARPA发布的视频推断，无人机长约3.6~4.6米，机身前部为常规固定翼构型，机尾加装了3组涵道风扇。起飞时，无人机机身垂直向上，由涵道风扇提供上升力。无人机到达一定高度后，主翼展开，机身转向90度，以固定翼无人机方式向前飞行。这种既可垂直起降又可依靠固定翼提供升力水平前飞的无人机有一个专有名称——垂直起降固定翼无人机。

垂直起降固定翼无人机，顾名思义，就是采用直升机方式垂直起降，并能以固定翼飞机方式前飞的无人飞行器。按照技术实现路线，垂直起降固定翼无人机大致可分为固定翼旋翼复合式、倾转动力式、尾座式三大类型。

固定翼旋翼复合式是在保留原有固定翼动力装置的基础上，额外增加一套旋翼动力装置，相当于无人机搭载了两套动力装置。在起降阶段，采用旋翼装置提供上升力，在巡航阶段则采用常规固定翼动力装置前飞。美国T-20和“矢量鹰”、德国和瑞士联合研制的TU-150，德国SONGBIRD都是这种类型的典型代表。

倾转动力式是在传统固定翼无人机上加装可倾转旋翼或涵道风扇，当无人机起飞或降落时，旋翼或涵道风扇朝上，为无人机提供垂直上升的动力，到达一定高度后，旋翼或涵道风扇倾转，无人机依靠固定翼提供升力前行。美国鹰眼无人机和以色列“美洲豹”采用的是倾转旋翼式，意大利“零点项目”和美国AD-150则为倾转涵道风扇式，美国雷击无人机采用的是倾转机翼式方案。

尾座式无人机的动力系统固定在机体上，并随全机整体偏转，尾部安装有起落支架，采用机尾坐地式垂直起飞，满足一定高度和速度条件后，全机“低头”进入平飞状态，降落时再“抬头”进入垂直下落状态。

强强联合 取长补短

作为两大主力构型无人机“联姻”的产物，垂直起降固定翼无人机融合吸收了旋翼和固定翼无人机的优势，同时又有效补足了各自的短板。

与常规固定翼无人机相比，垂直起降固定翼无人机具有起降方式灵活、发射回收方便、机动性好、可以悬停、容易操纵等优点；与常规旋翼无人机相比，垂直起降固定翼无人机具有前飞速度快、航程远、载重量大等特点。

上世纪50年代，美国就开始探索利用旋翼升力实现垂直起降，洛·马公司研制的XFV-1战斗机采用了尾座式垂直起降布局，成功完成了垂直起降和水平飞行之间的相互转换，但这种起降模式对驾驶员操作能力和发动机动力要求较高，在当时的技术条件及实战要求下，并没有取得实质性进展。此后数十年间，美国、英国、俄罗斯、德国等国家先后开展了多个垂直起降固定翼无人机型号研制工作，取得了优异成果。

2013年2月，美国DARPA启动了VTOLX-Plane项目，极光飞行科学公司推出的雷击无人机成功中标。该无人机24个涵道风扇固定在机翼和鸭翼上，随机翼转动，实现垂直和水平位置转换。无人机的飞行速度高达741公里/小时，具有飞行速度快、载重量高、气动性能好等优势，但由于研制工作进展落后于预期，军事用途不明确，DARPA于2018年5月终止了该项目。

美国海军和DARPA于同年推出了燕鸥无人机计划，要求可从阿利·伯克级导弹驱逐舰等水面舰艇上垂直起降。该无人机翼展9.14米，巡航速度454公里/小时，作战半径1667米，可搭载454公斤载荷，具备实现ISR、通信中继以及打击时敏目标的能力。

马丁无人机公司于2015年推出了V-BAT无人机，被称为“战斧”巡航导弹和鱼鹰倾转旋翼飞机的杂交产物。V-BAT由细长机身和尾部一个涵道风扇组成，总重37.2公斤，翼展2.74米，续航时间11小时，航程560公里，可根据任务需求搭载不同的载荷。在最近举行的“大西洋雷霆22”美英联合军演中，美国海军首次从阿利·伯克级导弹驱逐舰上展示了V-BAT128垂直起降并水平前飞的能力。

极简风格 意义重大

近年来，随着反恐形势加剧和美国重返亚太战略的推行，美军提出了“分布式杀伤”概念，要求“凡船皆可战斗”，迫切需要单艘或几艘舰艇来替代航母打击群执行低烈度对抗环境下的军事威慑、目标打击、反恐维和任务。

舰艇与无人机“联姻”所带来的巨大优势早已得到世界各国的高度认可。早在1991年，海湾战争中的美国海军将先锋固定翼舰载无人机装备于威斯康辛号和密苏里号战列舰上，用于执行侦察任务，这是舰载无人机首次成功运用于实战。

不过，受限于平台条件，传统舰船不具备搭载现有大展弦比的中、高空长航时固定翼无人机的能力，而现有舰载旋翼无人机搭载能力低、飞行速度慢、作战航程短，无法满足海上广域情报监视和侦察任务。如何突破无人机起降或停靠舰船甲板上空间的限制，最低限度减少对辅助设备的依靠，各军事大国一直在探索。

目前，美国舰载无人机研究的热点是MQ-25A空中无人加油机。该机翼展22.86米，机长15.54米，起飞质量约20吨，必须借助航母电磁弹射器起飞，拦阻索进行拦阻降落，这是一般舰船无法提供的辅助设备。

MQ-25A无人加油机为F-18战斗机加油

而在美国海军拥有的307艘舰艇中，阿利·伯克级驱逐舰就有87艘。由于该舰的飞行甲板大小有限，目前可供MQ-8C火力侦察兵无人直升机垂直起降，或利用气动弹射器发射 RQ-21黑杰克固定翼无人机。后者发射回收流程复杂，辅助设备较多，其中气动弹射器长6.7米，宽2.2米，重约2吨，采用的天钩回收系统也重达1.5吨，严重挤占了驱逐舰本就不富裕的载荷能力。

因此，美国海军迫切需要装备一种新型无人机，既可垂直起降，最小化占用舰艇资源，又具备长航时、远航程、飞行速度快等能力的无人机。

“辅助”无人机项目一旦研制成功，将有望与V-BAT128无人机竞争上岗，成为美国海军舰载无人机家族中的重要一员。（作者：杨慧君）