大型无人货机进入 适航 时代

  中国是无人机大国,占据全世界无人机70%的市场份额。消费级无人机世界领先,工业级无人机也发展迅猛,捷报频传。

  全球首款吨位级大型货运无人机,中国的AT200于2017年在陕西蒲城内府机场首飞。其有效载荷1.5吨,续航时间长达8小时、航程2183公里。2018年10月26日,历时3个小时飞越秦岭,完成了陕西蒲城往返丹凤的载货转场飞行实验。

  2018年,航天时代电子与顺丰共同开展了飞鸿-98大型物流无人机演示飞行试验;2020年,丰鸟航空使用飞鸿-98进行大型物流无人机载货转场飞行,成功从宁夏到达内蒙古。

  2018年6月18日,京东第一架大型货运固定翼无人机总装下线。这款名为JDY-800的无人机于11月成功首飞。2020年11月,京东在四川自贡凤鸣通用机场顺利进行了载货检飞,取得了京东支线物流无人机试验的阶段性成果。

  中国民航局适航审定司与时俱进、积极研究,提出了基于风险的无人机审定原则,并出台了试行的《高风险货运固定翼无人机系统适航标准》。在此标准的指导与要求下,2020年12月,鸿雁(HY100)大型无人机在全国率先获得民航局的“设计生产批准函”,这是我国大型无人机适航工作的一个里程碑,具有重大意义。将为后续大型无人机适航标准的制定和完善提供参考,也将激励更多机构加快大型货运无人机的研制。

  【大型货机无人机的探索】

  与有人客机和货机相比,无人货机具备明显的技术、性能、成本优势,特别在消除飞行员人为因素方面更是具有巨大的潜在优势。无需考虑飞行员的疲劳、生病等其它人为意外问题,受天气条件的限制少,减少驾驶员人为因素事故,时刻安排灵活;减少与驾驶员相关的配套设计,如空调系统、氧气系统等,提高商载;减少空勤人员的工资及福利,解决飞行员短缺及人体疲劳极限,降低研制和运营成本。

  不仅中国的顺丰、京东等物流、快递公司在加快大型无人货机的研发与布局,国外亚马逊、联邦快递等巨头都在积极研发、探讨具体技术细节。联邦快递创始人史密斯多次表示,希望能将公司的有人货机机队转换成无人机队。在重视翼身融合体新概念无人货机的同时,还积极参与将有人飞机改装成无人驾驶的研究。不久前,联邦快递联手Reliable
Robotics,正尝试将Cessna 172和Cessna
208打造成自动驾驶货运飞机;荷兰还成立了一个研究组织,叫做“无人货运飞机平台(PUCA)”,其成员单位提出了多个涡桨和喷气货运无人机方案;英国政府资助了一项名为“与航空评估有关的自主式系统技术(ASTRAEA)”的研究项目,该项目团队通过地面操作员遥控,于2013年成功完成一架“喷气流”飞机往返500英里的试飞。

  【技术路径1——全新设计】

  一款新的无人货机,能从一开始就按专为物流场景设计,以满足货物运输这个最重要的功能。

  无人货机可以取消驾驶舱、押运舱等与人相关的设计与布置,不必采用全密封舱结构,无需客机那样为保证乘客的自由呼吸而进行增压,降低舱内噪声设计要求,能简化机体结构,降低设计难度;可以采用新概念布局,减阻减重,增大可用空间和货舱容积。国内外提出了很多无人货机方案,有的还只是概念方案,有的已经试飞。比如斯洛文尼亚飞机制造商
Pipistrel 推出的混合动力无人机-Nuuva V20和Nuuva V300采用类似联接翼、尾部螺旋桨布局;

  意大利Avio Aero公司的联接翼、翼吊螺旋桨、V尾布局;

  北航、长鹰信质提出的多机身、机头进货无人货机方案等。

  它们都有两个共同点,一是机身不再为圆形截面,而是比较方,相应地其集装箱不必为了适应圆形机身而上部切角,增大可用空间和货舱容积,能容纳更大的集装箱和更多的货物,也更方便货物的打包。比如,我国腾盾科技的无人货机,以及京东JDY-800“京鸿”无人货机,其机身就是一个头部整流过的大方腔。二是货物对飞行时间的忍耐力比旅客强多了,因此无人货机的巡航速度可以降下来,从客机的跨音速降为亚音速。基于这样设计的需求,机翼均为不带后掠角的平直翼,涡轮螺旋桨发动机,追求高升阻比,尽量省油,油耗经济性指标较好。

  未来电动飞机技术成熟以后,无人货机的动力装置还可以采用混合动力模式——用传统燃气机带动发电机发电,再驱动分布式电动机,带动螺旋桨转动,运营成本将大为降低。

  【技术路径2——改装设计】

  当前市场上的货运飞机,要么是基于客机构型改进设计的原装货机,要么是对退役客机进行改装而来的客改货,都没有专为运货而设计,比如,737-800BCF、777F等。通过改进和改装,可以降低开发风险,减少关键技术的攻关,缩短研制和生产周期;降低适航审查费用、技术工作量和审查时间,减少设计和工艺装备的工作量,降低成本;还能保持不同用途飞机之间的通用性,降低客户使用经验、维修设备配套及人员培训方面的投入,可谓事半功倍。

  前文中提到的AT200货运无人机就是在新西兰PAC公司的P-750XL通用飞机基础上改装的。飞鸿-98是以我国自行研制的多用途双翼运输机运5B为平台。ASTRAEA项目也是改装一架“喷气流”双发涡桨式支线运输机。

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