摘要：垂直起降固定翼无人机具有对起降场地要求低、机动性好、巡航速度高、航时长等优势，是目前航空领域研究热点。本文阐述了国内外现有垂直起降固定翼无人机研究现状和基本特征，详细分析了不同类型垂直起降固定翼无人机的技术特点，提出更高的飞行速度、更长的续航时间、更强的任务载荷能力将是未来垂直起降固定翼无人机技术的主要发展方向和必然趋势。尽管倾转旋翼式和尾座式仍是当今垂直起降固定翼无人机主流构型，但基于分布式电推进的高速垂直起降固定翼无人机技术将成为未来航空领域新热点，给出进一步加强对垂直起降固定翼无人机新构型、新原理的探索性研究的建议。

 0     引言  

垂直起降固定翼飞行器能够以直升机方式垂直起降，并能以固定翼方式巡航前飞。与传统直升机相比较，垂直起降固定翼飞行器具有前飞速度快、航程远、航时长等显著优势，而与常规固定翼飞行器相比较，垂直起降固定翼飞行器能够定点起降和悬停，对机场跑道没有依赖，任务能力显著增强。以上优点促使该类飞行器成为当今世界研究的热门领域［1］。从2004年起，美国已经针对垂直起降固定翼飞行器技术布置并开展了系列研究和验证，包括联合多任务旋翼机（JMR）技术验证项目［2-3］、未来垂直起降飞行器（FVL）项目［4-8］、垂直起降试验飞机（VXP）项目［9］、战术侦察节点（TERN）项目［10-12］、海军陆战队空地特遣部队远征无人机系统（MUX）项目［13-15］等，而在上述项目的带动下，美国垂直起降固定翼飞行器技术实力得到了显著提升，同时也积累了大量工程经验，对未来高效垂直起降固定翼飞行器装备发展提供了有力支撑。

近年来，随着无人机在军事、民用领域的用途越来越广泛，对无人机起降方式的要求也越来越多样化，因此，将垂直起降技术应用到无人机上已经成为必然。由于无人机无需考虑飞行员的生命保障、生理极限等问题，将垂直起降技术应用于无人机领域将更为灵活，且更容易实现。

本文首先阐述国内外垂直起降固定翼无人机研究进展，然后分析不同种类垂直起降固定翼无人机方案技术特点，最后讨论垂直起降固定翼无人机技术的发展趋势。

  1    垂直起降固定翼无人机技术研究进展 

与有人机相比，无人机系统组成更为简单，更适合垂直起降技术应用和发展，按照总体构型及动力形式的不同，可以将目前主流垂直起降固定翼无人机划分为升推复合式、尾座式、倾转动力式3种构型形式。

1.1 升推复合式垂直起降固定翼无人机

升推复合式垂直起降固定翼无人机大多直接在固定翼的基础上加装多旋翼或升力螺旋桨，在垂直起降阶段由多旋翼或螺旋桨系统提供升力，在平飞阶段则切换回固定翼模式。Rheinmetall Airborne Systems公司与Swiss UAV公司于2016年联合研制的TU-150战术多用途无人机［16］应用“双复合”设计，如图1所示，即旋翼—固定翼复合和混合动力：两侧翼尖各装配一副三叶旋翼来提供垂直升力，使其在旋翼模式下具有直升飞行能力；而在固定翼模式下，将旋翼停止，靠机翼升力平衡重力，由机身末端电机驱动的推进螺旋桨提供前进推力。TU-150垂直起降固定翼无人机的设计目标是“具有低保障要求的高性能系统”，其最大起飞质量约为140 kg，最大任务载荷质量约为25 kg，可配装多种传感器，能够执行多种任务，最大飞行速度约222 km/h，续航时间约8 h。其他如Songbird无人机［17］，CW大鹏系列无人机［18］等也是采用类似方案。

图1 TU-150战术多用途无人机［16］

Fig.1 TU-150 tactical multi-role UAV［16］

为了进一步提高垂直起降固定翼无人机效率，设计人员提出了一种“在巡航时将旋翼停转并锁定，进而转变成机翼或其他翼面以提供气动力”［19-21］的旋转机翼创新思路，进而形成一种特殊的升推复合式垂直起降构型。美国波音公司鬼怪工厂于2003年研制的X-50A“蜻蜓”概念验证机［22］即采用“旋转机翼+鸭翼+尾翼”布局形式，如图2所示，其垂直起降和悬停时的飞行模式与直升机相似，但其旋翼旋转运动是依靠“桨尖喷气驱动”技术实现，而抗自旋扭矩则是通过“无尾桨”系统实现。当无人机进入固定翼模式，旋翼停变为主机翼以提供巡航升力［23］，相类似地如西北工业大学于2006年提出的“灵龙”无人机［24-25］，如图3所示，其与X-50A“蜻蜓”概念验证机主要区别在于机身尾部加装反扭矩尾桨，并且固定翼飞行状态采用机头拉进螺旋桨而非喷气推进装置。

 图2 X-50A“蜻蜓”概念验证机［22］

Fig.2 X-50A"Dragonfly"proof-of-concept［22］

图3 “灵龙”无人机概念图［24］

Fig.3"Linglong"UAV concept［24］

1.2 尾座式垂直起降固定翼无人机