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摘要：垂直起降固定翼無人機具有對起降場地要求低、機動性好、巡航速度高、航時長等優勢，是目前航空領域研究熱點。本文闡述了國內外現有垂直起降固定翼無人機研究現狀和基本特征，詳細分析了不同類型垂直起降固定翼無人機的技術特點，提出更高的飛行速度、更長的續航時間、更強的任務載荷能力將是未來垂直起降固定翼無人機技術的主要發展方向和必然趨勢。盡管傾轉旋翼式和尾座式仍是當今垂直起降固定翼無人機主流構型，但基于分布式電推進的高速垂直起降固定翼無人機技術將成為未來航空領域新熱點，給出進一步加強對垂直起降固定翼無人機新構型、新原理的探索性研究的建議。
0 引言
垂直起降固定翼飛行器能夠以直升機方式垂直起降，并能以固定翼方式巡航前飛。與傳統直升機相比較，垂直起降固定翼飛行器具有前飛速度快、航程遠、航時長等顯著優勢，而與常規固定翼飛行器相比較，垂直起降固定翼飛行器能夠定點起降和懸停，對機場跑道沒有依賴，任務能力顯著增強。以上優點促使該類飛行器成為當今世界研究的熱門領域［1］。從2004年起，美國已經針對垂直起降固定翼飛行器技術布置并開展了系列研究和驗證，包括聯合多任務旋翼機（JMR）技術驗證項目［2-3］、未來垂直起降飛行器（FVL）項目［4-8］、垂直起降試驗飛機（VXP）項目［9］、戰術偵察節點（TERN）項目［10-12］、海軍陸戰隊空地特遣部隊遠征無人機系統（MUX）項目［13-15］等，而在上述項目的帶動下，美國垂直起降固定翼飛行器技術實力得到了顯著提升，同時也積累了大量工程經驗，對未來高效垂直起降固定翼飛行器裝備發展提供了有力支撐。
近年來，隨著無人機在軍事、民用領域的用途越來越廣泛，對無人機起降方式的要求也越來越多樣化，因此，將垂直起降技術應用到無人機上已經成為必然。由于無人機無需考慮飛行員的生命保障、生理極限等問題，將垂直起降技術應用于無人機領域將更為靈活，且更容易實現。
本文首先闡述國內外垂直起降固定翼無人機研究進展，然后分析不同種類垂直起降固定翼無人機方案技術特點，最后討論垂直起降固定翼無人機技術的發展趨勢。
1 垂直起降固定翼無人機技術研究進展
與有人機相比，無人機系統組成更為簡單，更適合垂直起降技術應用和發展，按照總體構型及動力形式的不同，可以將目前主流垂直起降固定翼無人機劃分為升推復合式、尾座式、傾轉動力式3種構型形式。
1.1 升推復合式垂直起降固定翼無人機
升推復合式垂直起降固定翼無人機大多直接在固定翼的基礎上加裝多旋翼或升力螺旋槳，在垂直起降階段由多旋翼或螺旋槳系統提供升力，在平飛階段則切換回固定翼模式。Rheinmetall Airborne Systems公司與Swiss UAV公司于2016年聯合研制的TU-150戰術多用途無人機［16］應用“雙復合”設計，如圖1所示，即旋翼—固定翼復合和混合動力：兩側翼尖各裝配一副三葉旋翼來提供垂直升力，使其在旋翼模式下具有直升飛行能力；而在固定翼模式下，將旋翼停止，靠機翼升力平衡重力，由機身末端電機驅動的推進螺旋槳提供前進推力。TU-150垂直起降固定翼無人機的設計目標是“具有低保障要求的高性能系統”，其最大起飛質量約為140 kg，最大任務載荷質量約為25 kg，可配裝多種傳感器，能夠執行多種任務，最大飛行速度約222 km/h，續航時間約8 h。其他如Songbird無人機［17］，CW大鵬系列無人機［18］等也是采用類似方案。
圖1 TU-150戰術多用途無人機［16］
Fig.1 TU-150 tactical multi-role UAV［16］
為了進一步提高垂直起降固定翼無人機效率，設計人員提出了一種“在巡航時將旋翼停轉并鎖定，進而轉變成機翼或其他翼面以提供氣動力”［19-21］的旋轉機翼創新思路，進而形成一種特殊的升推復合式垂直起降構型。美國波音公司鬼怪工廠于2003年研制的X-50A“蜻蜓”概念驗證機［22］即采用“旋轉機翼+鴨翼+尾翼”布局形式，如圖2所示，其垂直起降和懸停時的飛行模式與直升機相似，但其旋翼旋轉運動是依靠“槳尖噴氣驅動”技術實現，而抗自旋扭矩則是通過“無尾槳”系統實現。當無人機進入固定翼模式，旋翼停變為主機翼以提供巡航升力［23］，相類似地如西北工業大學于2006年提出的“靈龍”無人機［24-25］，如圖3所示，其與X-50A“蜻蜓”概念驗證機主要區別在于機身尾部加裝反扭矩尾槳，并且固定翼飛行狀態采用機頭拉進螺旋槳而非噴氣推進裝置。
圖2 X-50A“蜻蜓”概念驗證機［22］
Fig.2 X-50A"Dragonfly"proof-of-concept［22］
圖3 “靈龍”無人機概念圖［24］
Fig.3"Linglong"UAV concept［24］
1.2 尾座式垂直起降固定翼無人機
