新型垂直起降式变形无人机
2016年，新加坡国立大学陈本美教授无人系统研究团队完成开发一个创新的垂直起降式可变型无人机——U-Lion，并实现完全自主飞行，该样机的设计理念和飞行控制技术在该领域具有巨大的应用潜力。
该项成果发表在 Science China Information Sciences 2017年第 3 期 MOOP 栏目.
Wang K L, Ke Y J, Chen B M. Autonomous reconfigurable hybrid tail-sitter UAV U-Lion. Sci China Inf Sci, 2017, 60(3): 033201
新加坡国立大学的两名博士生用四年的时间成功开发出新型复合型无人飞行器（UAV）—— U-Lion, 它可以像直升机一样垂直起降, 并且可以像普通飞机一样巡航飞行.
图 1 复合无人机U-Lion
U-Lion的机翼可以完全收起或展开, 以提高垂直飞行模式的稳定性或在巡航飞行中提供有效的升力; 它也能够完全自主飞行, 包括自主垂直起降、自主固定翼飞行和自主飞行模式转换. U-Lion的开发让复合型无人机离实际应用更近一步.
过去几十年中, 复合型无人机吸引了全世界的研究兴趣, 因其在军事和民用中具有巨大的潜在应用价值, 特别是在起降条件严苛的情况下, 例如在执行海上巡视任务或森林测绘任务中. 垂直起降能力去除了对起飞和着陆设施的依赖性, 巡航飞行能力则有利于复合无人机执行远程和长航时任务. 近年来在民用市场, 垂直起降式的设计更是很多企业竞相追逐的目标, 其中有代表性的如 Google Project Wing项目等.
然而, 由于垂直起降无人机和固定翼无人机的巨大结构差异, 将两个功能组合在单个无人机上是个巨大的挑战. 现有的复合无人机设计难免会倾向于优化两种飞行模式中的一种, 但并没有同时优化两种飞行模式. 此外, 由于在两种飞行模式切换过程中气动力具有高度不确定性, 飞行模式的切换过程难以自动化.
U-Lion的设计采用尾座式构型, 并采用可变形的机翼和矢量推进的动力装置. 先进的建模和飞行控制技术, 让U-Lion能够实现全包线飞行的有效性. 它可以根据任务的需求, 随时切换到垂直悬停或者巡航模式, 机翼可以根据飞行状态调整到优化状态, 最大限度地克服了当前无人机航时短、操纵性差的缺陷.
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“U-Lion, 作为一款自主复合式无人机, 在许多应用中具有巨大的潜力.” 汪康利说, “垂直起降功能拓宽了其应用环境, 巡航功能使其能够实现远距离、长航时任务. 自主飞行能力减少了对资深操作手的依赖性, 并进一步扩大了其应用范围.”
“U-Lion的双重优化飞行模式会带来一种新的无人机操作理念, 快速反应和定点悬停的能力给了U-Lion巨大的应用可能, 垂直起降的能力能让U-Lion在几乎任何地方作业, 包括在海上船只上.” 柯艺杰说道: “在未来的5到10年内, 复合式无人机将改变人们在森林测绘、海上巡检、电力巡检、灾害防治等领域的操作方式, 而作为复合式无人机中的佼佼者, U-Lion将会在其中占有重要的一席之地！”
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