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为空中物流而生 紫燕无人直升机领跑无人机货运新趋势

2016-07-21 16:12:10 来源:中国网
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2013年年底,亚马逊的创始人杰夫•贝索斯在参加美国CBS电视台60 Minutes(《60分钟》)栏目专访时,在数百万电视观众前承诺,亚马逊将用无人机配送包裹,实现30分钟内送货上门。贝索斯说,他知道这听起来像是科幻小说,“但它并不是。”

而仅仅在两年半后,用无人机颠覆现有地面物流系统已经成为了行业共识。从沃尔玛到亚马逊,从全球最大的包裹服务公司UPS到世界上最大的运输公司之一DHL,都在联手开拓无人机物流的版图。

但是,“空中物流”不是现在市面上的大疆、3DR等消费级无人机可以承载的。可以说,用来自拍、航拍的多旋翼飞行器,在物流行业面前,就是一个“玩具”,根本无法在载重性、安全性和速度上达到小型空中物流平台的标准。所以,在专业物流无人机领域,仍然有极大的市场空白亟待填补。

而记者近日了解到,今年新出现的紫燕无人直升机,因其高速飞行、大载荷量、安全稳定等特点脱颖而出,成为了最有潜力的空中物流平台,很有可能会开拓无人机物流的新时代。

为空中物流而生 紫燕无人直升机领跑无人机货运新趋势

为此,记者采访到了无人直升机领域的潜航者“紫燕”无人飞行器的团队,听他们讲述无人直升机如何领跑物流“新势力”。

为空中物流而生,工业级无人直升机完胜消费级“玩具”无人机

现在市场上,八成所谓的无人机其实都是指消费级多旋翼飞行器,即有多个旋翼来悬停、维持姿态及平飞。由于这种“多旋翼”自身具有的低技术门槛和开源模式,围绕着多旋翼飞行器进行的产品研发和推广层出不穷,“多旋翼”几乎成为了无人机的代名词。可以说,多旋翼成为了消费级和部分民用用途的首选平台。

但是,紫燕无人飞行器有限公司创始人及CEO王江平告诉记者,多旋翼飞行器其实并非新产品,对于行业级别的无人机来说,更不是好的选择。它在60年代就曾被美军淘汰,只是因为其控制技术门槛比较低,才改头换面又以消费级“无人机”的形象出现在市场上。

事实上,经过多年的行业探索,紫燕团队认为单旋翼无人直升机才是目前最佳的工业小型化载荷飞行平台。相比较而言,多旋翼飞行器更适合个人消费和玩具市场。

为什么这么说呢?

目前,由于气动效率低下,多旋翼飞行器已经遇到了性能提升的瓶颈是无法突破的。

多旋翼飞行器的螺旋桨和直升机的旋翼都可以视作旋转运动产生向上拉力的机翼。机翼的平面形状越窄长(展弦比越大),升阻比越高,即获得同样拉力,所需克服的阻力越小,需用的功率越小。

机翼、螺旋桨和旋翼的翼尖(桨尖)的诱导阻力是最重要的阻力源,也消耗着最大的功率。因此,多旋翼飞行器不仅无法获得固定翼飞机的机翼、机身和直升机桨盘所产生的气动升力,其唯一的升力转换部件——螺旋桨也因为数量多(桨尖多)和尺寸受限而效率极低。

而且,由于不能像直升机旋翼那样始终保持在较高效率的气动攻角下工作,并且多桨叶的转动方向是相反的,下洗气流紊乱,多旋翼飞行器的升力效率更是大打折扣。

正是效率问题,直接导致了多旋翼飞行器不仅飞行性能低劣效率差、航速低、航时短,更难以大型化,实现高载重荷。

可以看到,同等功耗下和机体结构重量下,多旋翼飞行器与直升机相比,在飞行性能和经济性上的差距可谓相差甚远。

这也就注定了多旋翼飞行器只能满足拍照、娱乐等民用轻量消费级需求,而无人直升机才会是目前物流行业的最佳解决方案。所以谷歌、DHL、亚马逊等涉足无人机物流应用的国际巨头,抛弃了利用多旋翼飞行器的运输方式。

同时,另一方面,传统的固定翼飞机不具备垂直起降(VTOL)能力,对于场地的要求非常高,起飞降落都需要专门的跑道或开阔的空间,而近期爆红的四轴加固定翼模式,只是一个偷梁换柱的方案。无人直升机的垂直起降能力,由于对起降空间的需求比固定翼无人机小得多,可以有更多样的应用场景,现实情况是很多大企业并不拥有小型直升机的制造技术能力。

那么为什么多旋翼飞行器会受到这么多创业者的追捧?

王江平透露,主要是因为多旋翼飞行器简化了控制,没有太多技术门槛,而且市面上已经有成熟的开源平台,很多创业者或者学生只需要将现成的开发套件进行简单优化,就可以推出自主品牌的无人飞行器。

相反,无人直升机在机体构型与系统集成、旋翼设计、自主控制飞行等方面具备很高的技术门槛,没有长时间的行业积累无法得其门而入,这才有了市场对于多旋翼飞行器的热捧。

五大优势,紫燕打造空中物流平台

相对于大部分创业者对于多旋翼飞行器的追逐,紫燕无人直升机团队一直潜心致力于无人直升机集成制造与智能飞行控制的研发。在王江平看来,在行业级无人机方面,多旋翼飞行器甚至不够格成为他们的竞争对手,他们的性能标杆是中小型货用直升机。

目前,紫燕已研发出ZYG800ZY-50、正在研发ZY-280三款规格、承重、动力都各不相同的无人直升机产品,可以实现高速、大载荷、超视距、精确a点到b点的全自主飞行。

相比起用燃油动力的中小型物流用无人直升机,紫燕的最小型物流平台(净载荷15KG内)——紫燕无人直升机选择用电池驱动,快速出动、维护简单、极大减小了飞行风险避免了“空中炸弹”;同时,紫燕拥有多种飞行器平台设计与制造技术,可以让飞行器变为空中机器人,从而在中小型的任务市场里替代飞行员完成任务,大大加强了安全边际成本,节约了时间和成本,有效提升了附加价值。

事实上,无人直升机的全包线自主飞行一直是业界的难点,紫燕坚持自主开发无人直升机智能飞控系统,采用航空业内基于模型(Model based development, MBD)的模块化设计理念,融合先进的飞行控制算法,使其能够满足各种苛刻环境下的工业用途。据王江平透露,具备自主避障和自动识别跟踪功能的下一代飞行控制器正在开发中。

要颠覆空中物流行业,紫燕无人直升机的优势在哪呢?

首先是速度。

速度决定了物流的效率和经济性成败。以紫燕主要产品ZYG800为例,它的巡航速度可以达到100-130千米/时之间,最大飞行速度可以达到160千米/时,是多旋翼无人飞行器的四倍多。

同时,速度对安全性也有影响。空中飞行物流速度快,则滞空时间少,事故率也会随之下降,就越安全,直升机的自旋降落是安全的另外一种保障。而且,在运载速度的保障下,紫燕无人机的抗风能力更强。紫燕空中物流无人直升机的最大抗风等级可以达到风速7级的水平,凭此一点就可以将据说能承受三、四级风速的多旋翼飞行器抛在身后。

王江平向记者透露,紫燕从基础试飞到现在,一直都是在海边飞行,因为海风强劲而且无规律,对飞行挑战非常大,成为对紫燕无人直升机性能最好的试金石。紫燕可以做到全天候海上飞行的无人直升机公司。“我们现在飞的更多的是夜航科目”,他说。

其次是载重优势。

紫燕ZYG800最大起飞重量能够达到40千克,可以用机身不超过5KG的空机结构重量搭载最大20千克的净载荷(符合美国联邦航空局(FAA)2016611日颁布的,对小型无人机重量限制55磅的要求)。而同样尺寸的多旋翼无人飞行器,其自重就达到10KG以上,整机重量至少是紫燕无人直升机的两倍。

第三是功效优势。

小型化无人直升机的功效比优势主要体现在续航和能源用量上。以电池为主要能源,紫燕ZYG800在同一块电池容量下拥有更高功效比,即便载重十公斤,续航时间也可以达到半小时以上。

当然,更高的速度和更长的续航时间必然赋予了紫燕的无人直升机更大的航程。

另外,紫燕飞行距离也相对较远。在基础飞行测试中它的最低飞行距离也到了30公里以上,是小型货运平台的行业领先水平,远高于多旋翼无人飞行器平均声称的十几公里水平。

第四,工业级飞控开发体系。

作为飞机的中枢神经,紫燕致力于打造高可靠性、能够实现全包线自主飞行的智能飞行控制系统。由于目前适用于工业无人机的适航规范尚未发布,从建模仿真到基于模型的设计流程,紫燕遵循借鉴航空业界的适航设计规范。从气动性能分析、子部件建模、自动代码生成、需求测试验证、半实物仿真到飞行测试,紫燕以航空业内规范来开发适用于工业应用的飞控系统。

第五,航电系统智能化。

高精度导航增强,激光雷达(Lidar)、红外/可见光摄像头,以及诸多先进传感器融合技术使得紫燕下一代的航电平台具备了强大的感知能力。紫燕采用独立视觉处理系统保证了能够实时目标识别和跟踪,加上最新的深度学习算法将使得紫燕无人直升机成为一个有思想的控制智能飞行器。

王江平还告诉我们,支撑紫燕长航时、高载荷和高速飞行的秘诀是紫燕先进的系统集成和研发技术,紫燕把航空工业的先进研发体系应用于了工业级无人直升机的产品开发中。

另外,针对性价比要求较高的物流行业,紫燕整合了全球产业资源优势,实现了飞行控制系统和整机系统的低成本化,能够用最低成本实现最有竞争力的无人直升机产品。

正是有了上述优势,紫燕打造出了行业领先的中小型无人货运平台。

打造空中机器人一体化解决方案,飞行老兵要实现航空企业梦

“我们研发的是真正的无人机,不是玩玩就放到一边的玩具,也不是有安全隐患的‘炸弹’,是真正安全、高速,能够完美应用于物流行业的无人直升机。”王江平说。航空工业的一切都是血的教训,飞行器的安全才是第一位的,最高的可靠性才会拥有最低的成本。

在他看来,物流行业一直都想突破,可运用多旋翼无人飞行器来作为物流平台,这是方向性的错误。没有出路!现在已经有不少物流公司意识到了无人直升机才是正确的方向,他也希望为这些公司打造用紫燕的飞行平台来做系统集成解决方案。

现在,紫燕无人飞行器有限公司已经面向全球客户正式推出产品,并可以进行定制化生产。但王江平认为,紫燕并不是单一的无人直升机的硬件制造商,而是解决方案提供商,从制造到生产到系统集成都是自主研发的,这样才能做到从硬件到软件,从设计到技术的整合,同时,让生产成本、使用成本都降到最低。

另外,王江平介绍道,紫燕所搭建的飞行平台和物流平台将对中小型无人直升机的客户高度开放,这也使得平台具有非常高的兼容性,可以兼容不同用户的不同技术特点和需求。

出身于空军王牌部队的王江平,对飞行器有着超乎常人的热爱。曾经在部队里拿过三等功的他,干过歼击机与直升机机务,属于在90年代初期就“抱着战斗机发动机睡觉”的人。这样的航空老兵,对飞行器的理解绝非现在玩多轴航模的年轻人可以比拟的。王江平也理解现在社会上的无人机创业热潮,但在他看来,“飞机是飞出来的,不是幻灯片做出来的。我要打造的紫燕是一家未来的空间飞行平台制造企业,而不是一个玩具公司。”

今年4月,紫燕旗下的ZYG800已经进入商用市场,11月的珠海航展,紫燕更多的新产品将会集中面世。但对于王江平和紫燕团队来说,这才是个开始,他最希望的是紫燕空中机器人飞行平台可以在全球市场中广泛地应用,可以把亚马逊CEO杰夫•贝佐斯表述的“未来空中物流系统”,从科幻小说中,带到现实。

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