随着无人机技术的迅猛发展，无人机在高空航拍、远距离检测、勘探、物流运输以及边防巡逻等方面有非常广阔的应用。而依靠发达的制造业基础和成本优势，深圳市已逐渐成为世界无人机制造之都，多家创新型企业加入并致力于固定翼无人机、通航飞机等中高端航空产品的研发制造。

南方科技大学力学与航空航天工程系教授单肖文是流体物理和空气动力学方面的世界级专家，2012年作为专家回国加入中国商用飞机公司，任北京研究中心气动与声学研究部负责人，领导了我国新一代C929大型客机的总体气动初步设计以及未来飞机技术的预研工作。2015年加入南方科技大学以来，单肖文教授团队坚持完全自主研发与设计，采用全飞翼布局，翼阵布局等先进设计理念，优化气动设计等核心技术，不断挑战无人机的优化性能（载重，航程等）。

小无人机有大应用

从技术类别上来讲，无人机可分为固定翼和多旋翼两大类。多旋翼无人机最大的优势在于能够垂直起降，不受场地和空间的限制。然而多旋翼的短续航（30分钟左右）和低载重能力限制了其应用范围。相比于多旋翼无人机，固定翼无人机由于优异的机翼气动效率，能够实现长续航和大载重。但多数固定翼无人机需要一定的起降跑道和空间，这又在一定条件下限制了固定翼无人机的应用。因此，能够实现大载重、长续航的垂直起降无人机，有广泛的应用领域。

比如在电力巡航、探矿与远距离测绘、智慧农业检测、森林火灾监控与预防、高效快速的物流运输、边防巡逻等领域，急需大载重、长续航，同时兼具垂直起降功能的工业级无人机。而多旋翼无人机由于其飞行原理上的缺陷，无法满足这种工业级应用领域等方面的需求，与此同时，小型无人机公司又缺乏自主研发能力。因此，开展自主研发与设计垂直起降无人机项目是十分迫切和必要的。此项目的开展将突破多旋翼和固定翼无人机的技术局限性，研发出兼具垂直起降功能，且通过总体设计、空气动力学与结构优化设计等同时实现大载重和长续航的工业级无人机。

自主研发、实现产学研合一

单肖文教授团队致力于自主研发具有垂直起降功能的无人机，采用全飞翼布局、翼阵布局等先进设计理念，通过总体设计与空气动力学优化设计来实现长续航的性能。同时，无人机采用机身与内置骨架一体化的结构设计以及拓扑优化设计，达到减轻空重，增大有效载荷的效果。单教授团队根据飞行器自身的特性，100%自主完成飞行器垂直起降模式的平稳定性设计，力求全面掌握垂直起降无人机核心设计能力。

       由于目前国内外市场上还没有非常成熟的此类型工业级无人机产品，而市场上对于此类型的无人机产品又有巨大的需求，此项目成果在产业化方面具有非常乐观的前景。单肖文教授团队以南方科技大学为依托，并通过与第三方在市场和商业化方面的合作，将快速推进项目成果的产业化进程。

目前，单教授团队在垂直起降无人机设计方面的科研工作正有序推进。垂直起降无人机需要通过气动分析来进行计算设计，气动分析分为两个阶段，初步设计阶段利用现有的气动流体计算工具，对垂直起降固定翼的概念设计进行快速分析迭代。通过对气动压力， 翼尖涡流结构以及气动升力的分布（如图一，图二所示）进行分析，初步掌握飞行器的气动性能，并对气动外形进行初步优化。第二阶段气动分析采用航空界所通用的，由NASA开发的计算流体程序CFL3D对飞行器的气动性能进行精细化分析与优化。单教授团队已初步实现了验证模型机的稳定垂直起降功能、平衡稳定性、以及大攻角飞行模式（如视频1所示）。目前，具有垂直起降功能无人机设计项目进展顺利，并按计划逐步推进。

垂直起降无人机的垂直起降固定翼的研究成果贴近市场需求，具有非常广阔的市场应用。相信其在载重、航程、可靠性、抗风能力、垂直起降等方面的优越性能将会得到更大的关注，它的突破值得期待。

图一：VTOL001气动压力差分布以及翼尖涡流结构

图二：VTOL001气动升力在翼展方向的分布

供稿：单肖文教授课题组

编辑：刘春辰

主图设计：刘春辰、丘妍