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圖15 空客E-Airbus分布式電推進概念圖［61］
Fig.15 Airbus E-Airbus distributed electric propulsion concept［61］
圖16 NASA X-57分布式電推進驗證機［61］
Fig.16 NASA X-57 distributed electric propulsion verifier［61］
圖17 NASA N3-X分布式電推進概念圖［61］
Fig.17 NASA N3-X distributed electric propulsion concept［61］
總體來說，分布式電推進技術在飛機總體、氣動、動力、控制上已展示出無可比擬的潛力，前文所 述 如GL-10“閃電”、XV-24“雷 擊”垂直 起 降 固定翼無人機等均為分布式電推進技術發展的產物。通過分布式電推進系統與垂直起降固定翼無人機的有效結合，可以獲得以下優勢：提高巡航效率，增大航時、航程；減小垂直起降和巡航平飛階段需用功率之間差異，實現動力/氣動最優匹配；增強飛行控制能力，提高控制冗余度和魯棒性。因此，基于分布式電推進的髙速垂直起降固定翼無人機技術或將成為未來航空領域的研究熱點方向，盡快發展基于分布式電推進的總體/動力/氣動/控制綜合設計技術、高性能輕量化電機驅動技術等勢在必行。
電力系統技術始終是支撐分布式電推進技術發展的重要基礎，如何研究出可靠性更高、效率更高、質量更輕的分布式電推進系統是使得該類飛機真正走上實用的關鍵。分布式電推進飛機的分布式動力與機體耦合程度更高，氣動干擾尤為顯著，只有依據分布式電推進動力/氣動強耦合特征開展特種布局總體設計技術研究，才可以最大程度發揮分布式電推進垂直起降的性能和優勢。基于分布式電推進的髙速垂直起降固定翼無人機控制系統設計也極具革新，分布式動力配置為飛行器高效控制帶來了更高的設計自由度，而通過與傳統氣動舵面的聯動也可以取得更優的控制效果，研究探索出適用于該類無人機的分布式控制系統設計方法迫在眉睫。
（3）需加強對垂直起降固定翼無人機新構型、新原理的探索研究
無論哪種垂直起降構型方案［66-71］，只要是完全依靠發動機推力來提供上升力，就要求無人機動力推力與重量之比（推重比）至少大于1，而在固定翼飛行模式下，需用推重比一般在0.1～0.3左右，這導致兩種飛行模式的需用推力（發動機需用功率）相差近5倍，由此帶來垂直起降/巡航雙模態發動機功率不匹配、巡航狀態動力極度富余、發動機無法工作在最佳狀態的根本性問題，而若要突破這一桎梏，就需要以“最小動力代價”實現垂直起降，這是傳統垂直起降固定翼飛行器設計面臨的挑戰性問題。
自20世紀40年代以來，設計人員就已經開始探討各種有利于垂直/短距起降的新構型和新原理，如半環形機翼—螺旋槳構型［72-73］、外部吹氣襟翼 構 型［74-75］、環 量 控 制 技 術［76-77］、扇 翼 飛 行 器 技術［78-79］、前緣異步螺旋槳技術［80-81］等，盡管現有理論方法和數值模擬技術始終無法對一些復雜構型的流動機理、氣動力特性等作出較好的描述和預測，但相關研究結果表明，動力部件與機翼的高效耦合可以有效提高動力部件向大氣環境內注入能量的利用率，將其應用于垂直起降潛力巨大。
因此，隨著計算機技術和實驗技術的快速發展，以及國內外對分布式電推進技術在飛行器總體/動力/氣動/控制等方面潛力的深入挖掘，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，突破垂直起降完全依靠動力推力的限制很有必要。
4 結束語
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，在軍用和民用領域都具有極為廣泛的應用前景，是目前航空領域研究的熱點話題。
目前國內外在研垂直起降固定翼無人機仍是以傾轉旋翼式和尾座式為主流構型，但由于現有技術尚無法滿足未來戰場對垂直起降固定翼無人機快速響應能力、快速到達能力的極高要求，需要在已有成果的基礎上進一步進行突破創新。而隨著分布式電推進技術在飛機總體、氣動、動力、控制上逐漸展示出無可比擬的潛力，基于分布式電推進的高速垂直起降固定翼無人機技術或將成為未來航空領域新熱點，因此需要深入挖掘布式電推進技術在飛行器總體/動力/氣動/控制等方面的優勢，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，為我國未來的垂直起降固定翼無人機裝備發展提供技術更成熟、性能更先進、選擇更多樣的解決方案。
王科雷，周洲，馬悅文，杜萬閃，郭佳豪，李旭，張陽，孫蓬勃（西北工業大學航空學院，西安 710072）
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