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无人机真的可以载人吗?看看是如何实现的

机体小型、微型化为提高无人机的机动性能和战场生存能力,机体正朝着小型、微型化的方向发展。

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好的,关于无人机能否载人,答案是:技术上是可能的,而且已经有多种成功飞行的载人无人机原型和概念验证机,但目前(截至2024年初)还没有广泛应用于客运的成熟商业产品。

要理解“载人无人机”如何实现,我们需要区分开常见的消费级多旋翼无人机和真正的载人无人机,它们在规模、技术和复杂性上存在天壤之别。

载人无人机的核心技术实现方式:

  1. 核心平台:巨型多旋翼或复合翼结构:

    • 大型多旋翼系统: 这是当前大多数载人无人机原型的主要形式(如亿航的EH216-S、Volocopter的机型)。它们借鉴了小型无人机的原理,但规模巨大:
      • 超大旋翼: 旋翼直径远大于消费级无人机,以产生更大的升力。
      • 大量电机/旋翼: 配备十几个甚至几十个独立的电机和旋翼(例如EH216-S有16个旋翼),以提升总升力和系统冗余性。如果少量旋翼或电机故障,剩余的旋翼依然能维持平衡和稳定飞行。
      • 分布式推进系统: 这些旋翼通常分布在机身周围的多个支撑臂上,形成稳定、冗余的构型。
      • 轻量化高强度材料: 大量采用碳纤维复合材料等轻质高强度的材料来制造机架、旋翼和吊舱,最大限度地减轻重量。
    • 复合翼/VTOL(垂直起降)构型: 一些设计融合了固定翼和旋翼的优点:
      • 垂直起降能力: 利用多个大功率旋翼或倾转旋翼实现垂直起飞和降落。
      • 巡航效率: 在达到一定高度后,旋翼可能倾转(如Lilium的喷气设计)或停转,主要依靠固定翼提供的升力和高效率的推进器进行水平飞行,这能显著增加航程和续航时间。
  2. 强大的动力系统:

    • 电力驱动是主流: 目前大多数成功的载人无人机都采用纯电驱动(电池)。原因包括:
      • 相对简单: 没有复杂的内燃机和传动系统。
      • 低噪音: 相比燃气涡轮发动机噪音小很多。
      • 零排放: 在飞行过程中无直接碳排放。
    • 高能量密度电池: 这是目前最大的技术挑战之一。需要极其先进的(通常很昂贵)高能量密度锂离子电池(甚至未来的固态电池)来提供足够飞行所需的能量。
    • 混合动力/替代方案: 为了解决电池续航和能量密度限制,一些概念设计中提出了混合动力系统(如燃油发电机给电池充电)或者使用小型涡轮轴发动机(如贝尔的Nexus)。但这些会增加复杂性和噪音。
  3. 极其复杂的飞行控制系统:

    • 高阶自主飞行: 载人无人机通常设计为高度自主飞行。乘客只需输入目的地,或由地面控制中心调度管理。飞行过程自动完成,包括起飞、巡航、避障、降落等。
    • 强大的冗余系统: 飞行控制系统(计算机、传感器、通信链路)必须具有多重冗余备份。例如:
      • 多套飞行计算机: 同时运行,互相备份。
      • 多种传感器融合: GPS、惯性测量单元、激光雷达、摄像头、雷达等多种传感器组合,提供高精度、鲁棒的位置和姿态感知,并能探测和避开障碍物。
      • 多重通信链路: 确保与控制中心的可靠通信。
    • 分布式电传操纵: 多个独立控制的电调驱动每个旋翼,实现精确的飞行姿态调整。
  4. 安全保障系统:

    • 整机降落伞: 这是目前载人无人机设计中最关键的安全冗余之一。在发生严重、不可控故障时,整机降落伞会迅速打开,使整个无人机吊舱平稳着陆。
    • 多重失效保护机制: 系统持续监控所有关键部件(电机、旋翼、电池、控制系统等)。一旦检测到故障(如个别旋翼失效),控制系统会自动调整其他旋翼的输出,重新平衡飞机。
    • 严格测试与认证: 正在通过极其严苛的适航审定流程,以证明在各种故障场景下的安全性(如中国民航局对EH216-S颁发的型号合格证和生产许可证)。
  5. 人机交互与座舱设计:

    • 简约驾驶舱: 目标是让操作极其简单,甚至不需要传统的“飞行员”执照。通常只有大的触摸屏显示飞行信息和状态,可能有简单的操纵界面用于紧急干预。
    • 乘客体验: 座舱设计注重乘坐舒适度和视野,通常有较大的窗户。

当前状态与挑战:

总结:

无人机载人(更准确应称为电动垂直起降载人航空器)通过大型冗余的多旋翼或复合翼设计、高能量密度电池、极其复杂的多冗余自主飞行控制系统和关键的安全装置(如整机降落伞)来实现。它本质上是小型无人机的技术和原理经过巨大升级和工程化,并配备远超消费级产品的多重安全备份后的产物。虽然技术已经验证可行,但其大规模商业应用仍面临安全性认证、续航、基础设施、法规和成本等诸多挑战,目前处于早期商业部署和验证阶段。以亿航EH216-S为代表的部分型号已迈出实质性一步,真正融入我们的日常生活还需要时间解决上述挑战。

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