图3“鬼怪雨燕”倾转涵道无人机

同样是在“VTOL X-Plane”项目的支持下，极光飞行科学公司的“雷击”无人机（图4）采用了整体倾转机翼和发动机组。当机翼整体处于水平位置时可以实现平飞巡航，当机翼整体倾转90°时可以实现垂直起降和空中悬停。“雷击”无人机翼展18.6m，重量5400kg，最大连续飞行速度740km/h，用2台安装在机身上方中尾部的涡轮轴发动机为主动力，驱动3台发电机，然后再供给24台电动机。该无人机在垂直起降和悬停状态时，全部燃气-电力装置处于满功率运转工况，而巡航时只需提供65%～75%的最大功率，并以电力推进装置为主，经济性较好。

图4 巡航飞行中的“雷击”无人机

2020年，美国空军启动了名为“敏捷至上”的演示验证项目，旨在探索航空业新兴的电动垂直起降（eVTOL）技术在特种作战、救援搜索、短距运输等军事任务应用的可行性，推动商用技术向军事领域转化。Sabrewing飞机公司在“敏捷至上”线上活动中展示了雷戈-A（图5）货运电动垂直起降无人机概念，获得“敏捷至上”项目首批合同。在起飞和降落过程中，4个涵道风扇平行于地面，可提供升力；在飞行过程中，4个涵道风扇倾转，向后推进，利用机翼提供巡航升力。此外，在具备跑道的条件下，雷戈-A无人机还具备固定翼飞机的常规起降模式，此时可大幅提升载重能力80%以上。

 图5“雷戈”-A货运电动垂直起降无人飞行器

V-Bat”无人机是Morris博士在DARPA未来作战系统现代化计划任务中开展的涵道风扇垂直起降无人机，如图6所示，其采用垂直尾坐方式实现垂直起降，起飞后整体倾转实现平飞。其翼展2.75m，重量37.2kg，巡航速度83km/h，最大速度167 km/h，航程560km。

图6“V-Bat”无人机

倾转旋翼动力装置

倾转旋翼无人机以旋翼为升力和推力的主要来源，通过局部倾转机翼或整体倾转机身，实现旋翼的变向，从而实现垂直起降和高速飞行。

在“VTOL X-Plane”项目中，卡雷姆公司采用倾转旋翼概念方案，使用2台功率1870kw的涡轴发动机驱动，外机翼上安装有2个大螺旋桨，可以倾转90°，用于垂直起降和快速爬升。西科斯基公司则采用了机身整体倾转（即尾座式）垂直起降无人机方案，使用了2个螺旋桨，对称安装在两侧机翼的中部，每个螺旋桨装有2个大尺寸桨叶，每副螺旋桨由一台涡轴发动机驱动。

图7 卡雷姆公司倾转旋翼机概念方案 

图8 西科斯基公司的尾座式垂直起降无人机

复合式动力装置

复合式构型无人机直接采用两套动力装置，一套负责垂直起降，另一套负责飞行。

“龙勇士”（Dragon Warrior）无人机由美国海军研究实验室2001年起研制，用于侦察监视和精确瞄准平台及海军陆战队空地特遣部队内部通信中继系统。在垂直飞行时，升力由涵道风扇提供；水平飞行时，在机身上布置有常规的机翼，无人机尾部有一个较小的涵道风扇，用于提供向前平飞的动力。

 图9“龙勇士”无人机

L3哈里斯公司于2020年研制的FVR-90无人机采用多体、复合多旋翼新型布局，四个旋翼对置分布于两侧机体，用以提供垂直起降的升力，尾部的螺旋桨提供飞行器水平前飞所需的推力，是一种典型的复合式垂直起降无人机。FVR-90无人机飞行速度65km/h，续航时间12～18h。

 图1 0 FVR-90无人机

在“敏捷至上”项目中，美国初创企业艾罗伊公司研发了“礼拜堂”（Chaparral）无人机。该无人机采用混合电推进系统，采用固定翼与旋翼的混合构型，在两侧机翼中部的前后方各设置一个定距螺旋桨，提供垂直起降所需升力，机身尾部设置一个推进螺旋桨，提供平飞巡航阶段的推力，其有效载荷为100～225kg，航程500km。

 图1 1“礼拜堂”无人机

停转旋翼动力装置

停转旋翼指垂直起降过程中，旋翼高速旋转提供升力，在高空达到前飞速度后，逐步停转并固定下来作为机翼使用，使无人机以固定翼模式飞行。

“蜻蜓”X-50A是波音公司研制的一种典型的停转旋翼无人机，动力装置采用涡扇发动机，垂直起降过程中将涡扇发动机尾流引至旋翼，从翼尖切向喷出驱动旋翼旋转；飞行过程中涡扇发动机尾流直接喷出，产生推力。

图1 2“蜻蜓”X-50A 

  垂直起降动力装置发展和应用分析  

(1）倾转涵道风扇动力装置

不带机翼倾转涵道风扇动力系统工作原理与无人直升机类似，虽然增加涵道增大了重量，但是由于采用了涵道，桨叶半径和整机尺寸较小，结构更加紧凑，且防撞性能好、噪声低、一定程度上能够提高升力效率。然而这样的构型也决定了无人机的飞行速度、飞行距离、续航时间都与无人直升机相近，且无法携带大量载荷，因此其使用范围有限，仅适合执行近距离ISR任务。

带机翼倾转涵道风扇动力装置飞行速度、飞行距离、续航时间等都更长，但由于附带机翼，重量更大、垂直起飞阻力更大。为了减小阻力，可将全部或部分机翼倾转，如“V-Bat”这种尾座式飞行器，涵道、机翼、机身为一体，通过尾座式姿态实现起降，起飞后飞行器整体倾转，实现平飞，这类飞行器推力随机体同步换向，无需复杂的倾转机械机构，相对结构简单、重量轻，但是由于涵道风扇要同时兼顾起降/悬停和水平飞行两种模式，两种飞行模式的动力需求差距极大，如何保证起降/悬停和平飞模式下均有较高的推进效率是动力装置设计的难点。同时，由于机身整体倾转、重心偏下，大大提高了倾转难度，使其无法携带大量的载荷，更适合载重较小的ISR任务；而且，垂直起降或静止状态下机翼垂直摆放，迎风面积大，在军舰等风速较大的场景下起降操控难度极大。“鬼怪雨燕”、“雷击”、“雷戈”等将涵道风扇置于翼尖或机身，单独倾转涵道风扇实现垂直起降，这类飞行器动力和机身相对独立，但机翼会带来较大的垂直起飞阻力，需要复杂的倾转机构，结构复杂，同样由于涵道风扇要同时兼顾起降/悬停和水平飞行两种模式，两种飞行模式的动力需求差异极大。为了降低动力装置难度，“鬼怪雨燕”平飞时仅倾转部分风扇，其余风扇停用；“雷击”机翼整体倾转，机翼带来的垂直起飞阻力较小，但倾转操作难度更大，动力系统多工况匹配性等问题同样存在；“雷戈”则给出兼具两种场景飞行能力的解决方案，即在具备跑道的场景下能够携带大量载荷，不具备跑道的场景下携带少量载荷。这类无人机的特性更接近固定翼飞行器，一定程度上降低了“死重”，飞行速度快、航程远，更适合载重较大的物资运送、空中侦察等应用场景。