这架国产飞机看上去一点都不“高大上”,但是……

编辑:底线思维 文章类型:科学 发布于2022-06-23 15:18:00 共694人阅读
文章导读 当6月18日大家忙于清空自己的购物车时,一架蓝白相间的飞机从跑道上冲上蓝天成功首飞,巧合的是起飞时间正好是早上6点18分。……

来源:底线思维

文/ 观察者网专栏作者 张仲麟

民航工作者,民航业评论员

当6月18日大家忙于清空自己的购物车时,一架蓝白相间的飞机从跑道上冲上蓝天成功首飞,巧合的是起飞时间正好是早上6点18分。

一年一度的年中购物狂欢与飞机首飞的关系并不仅仅局限于凑巧都是“618”,更关键地,它是无人运输机,也许几年之后的618我们购买的东西就是由它运输了。

成功首飞的TP500无人运输机是由设计了运20的一飞院主导研发的,也是首个完全以民航适航标准为指导,进行正向研发的无人运输机。TP500能装载500公斤的货物,并执行半径500公里的物流运输任务,而最大航程可以达到1800公里。

虽然TP500无人运输机看起来是个使用活塞发动机的传统布局固定翼飞机,甚至在一般人看起来会觉得有些“low”:这飞机是电风扇啊(指活塞发动机的螺旋桨),连电吹风都不是(指喷气发动机),而且机翼还是平直的,看着和二战的飞机差不多啊。

但中国老话说得好,不能以貌取人。虽然TP500看着是个挺“老土”的,背后的技术含量与前景可不容小觑。

虽然这TP500看起来颇有点无人版初教6这种活塞发动机飞机的意思,但两者差得可多了(本文图片由作者收集)

正向研发与使用场景

在TP500无人运输机的宣传报道中,有一个不引人注意的点,那就是强调TP500无人运输机是正向设计的。正向设计这个说法并不常见,更为公众所熟悉的是逆向设计这个词,而逆向研发往往被简单理解为“山寨”、“照抄”。当然逆向设计并不等于“山寨”,而“正向设计”也并不是“逆向设计”的反义词。

要说正向设计这事,得先从工程研发的流程说起。一个项目要立项,首先要进行可行性分析,确定这东西是否可行。在立项之后则是进行需求分析,随后根据需求拆分各个系统,确定各个子系统的需求然后做总体设计方案。在确定了总体设计方案之后才是进行详细设计,从小到大一步步组装。

也就是说,正向设计的流程是从大到小一级级进行拆分。举个例子就是:我们要造飞机,这飞机要达成什么样的指标,为了达成这指标我们要用什么发动机、什么构型,随后再是进行详细设计。

因此正向设计的好处就是,一切都围绕着项目的需求转,以满足使用场景,而不是如逆向设计那样,为了能用上某个核心系统而水多加面、面多加水。具体到TP500无人运输机上,正向设计使其每一个设计都围绕着设计目标转,以最大程度地发挥其在使用场景下的效率。

A10攻击机的设计很大程度上就是围绕着那挺GAU8机炮而展开,使得其他设计给这门机炮做了不少让步,比如前起落架给GAU8机炮让空间,图片来源:美国空军

无人运输机一直是这几年的热点项目,从解决“最后一公里”运输的多轴无人机到点对点的固定翼无人机,甚至还有空投大型载荷、神似彩虹4无人机的货运无人机,一时之间堪称百花齐放,国内国外两开花。

然而,这些无人运输机要么使用场景极为复杂,目前无法大规模应用,要么是用现有无人机平台或有人运输机平台改造而来,在使用场景上多少有些水土不服,这也是半路出家所必然产生的问题。而国外那些看起来颇为高大上的货运无人机,基本都还停留在PPT与CG阶段。

用多轴无人机来解决“最后一公里”送货上门虽然是个很好的想法,但多少有些费操作员,而且城市环境下楼房对多轴无人机信号的影响也是一言难尽

拿现成大型无人机平台改的运输无人机进行空投运输吧,总让人怀疑这是不是东风快递的新装备

至于拿运五改造的FH98无人机,受限于运五平台先天不足,无法用集装箱器,只能散货舱装载,需要人工装卸

而国外的固定翼无人运输机方案,看着科幻是科幻了,问题是只停留在画大饼阶段

相比之下,一开始就从零开始,正向设计的TP500无人运输机就没有半路出家所带来的种种不便了,可以让每一处设计都为无人空中运输服务。

TP500的一大特色就是其机身不是常见的椭圆横截面,而是方型横截面。这是因为TP500设计之初就是准备配套集装箱器进行使用,方型横截面机身可以将飞机体积的利用率达到最大,而不是如圆形或椭圆机身那样在装载方型集装箱器时有大量空间被浪费——空间的浪费往往意味着效率的下降。而TP500的机尾折开式舱门也是为在如此小的飞机上使用集装箱器以及装卸效率的最大化而设计的。

波音747货机的货仓横截面示意图,可见货舱内有不少空间被浪费

为了方便装卸,TP500机身可以折开作为货舱门

这里可以清楚看到,方型截面机身使得装载集装箱器时空间利用率达到了最大化,而可以折开的机身使得装卸效率较散货舱人工装卸提高了很多

对于货运飞机来说,成本以及运输效率是非常敏感的,但是对于时间有时候并不是那么敏感——一小时就到与两小时才到很多时候并没有本质区别,但如果后者能让运输成本大幅下降,那么使用运载量更为灵活的无人运输机则具备极大的吸引力。因此TP500使用的动力是活塞发动机,使其使用成本可以压到很低。

根据制造商壹通无人机介绍,使用TP500进行运输时可以将运输成本压到和干线喷气运输机相近的成本(如波音737改装的货机),但其使用灵活性则比干线喷气货机高了不少。

无人运输体系的前景

目前主流民用与军用无人机都是需要人员操控的,属于“人在回路中”。虽然说着“无人”但只是飞行器上无人,依然需要地面操作员进行操控,比较费操作员。而TP500无人运输机相较其他无人运输机最大的优势,则是其高度智能化的自主飞行能力。

据媒体介绍,TP500无人机在多数场景下可以根据自然环境、航路情报进行自主决策和飞行,而地面人员在必要时刻则能随时介入来接管飞行。这代表着TP500无人机是一种“人在回路外”无人机,起飞、巡航、降落整个流程都可以在无人介入的情况下完成,只有在突发紧急情况下才需要人工介入操控。这代表着一个操控站可以同时监控多架甚至十几架无人运输机,且只需要关注飞行状态,极大提升运行效率。

人在回路中的无人机往往天上一架飞机地上一套操控,只是把天上的飞行员换成地上的操作员

完全自主飞行并执行任务,一直是无人机发展的目标

TP500的问世代表着从起飞到降落整个流程都可以自主进行,这使得其在应用上具有极大的想象空间。目前已经有大型无人物流仓库与中转站了,而TP500使用的模块化集装箱器也非常适合无人设备进行自动化装卸。这些如果结合起来,那就能实现科幻电影与游戏中的场景了:无人仓库自动分拣物品,由无人装卸车装载到无人运输机上再由无人运输机运输到几百公里外的另一个无人仓库,实现全自动物流运作。

无人仓库早已成为了现实

不断穿梭于物流中心之间的无人运输机,或许很快会从游戏变成现实

TP500使用的是活塞动力发动机,而且其构型决定了低速性能好,对跑道要求也低,甚至一段几百米长的笔直公路就能让其起降。低起降场地需求让物流中心配套建设短跑道以供TP500起降并不困难,甚至如果使用更适应恶劣地形的起落架,以TP500的构型在平坦草地上起降也并非不可能,毕竟现在的起落架一看就是为跑道起降设计的。

与有人干线货机比起来,TP500的优势领域无疑是高密度小流量中短程空中物流运输。而在国内最适合这一场景的,无疑是地形地貌复杂的西南地区。虽然近几年国家在西南地区进行大量基建建设使得西南地区地面交通改善许多,但复杂地形与恶劣地质条件所带来的困难依然存在,而这也正是西南地区支线航空发达的原因——地面开车九转十八弯,天上两点一线直接就到。

正是基于同样的原因,TP500这类低起降需求的无人运输机在西南地区那是广阔天地、大有可为,甚至可以期待下TP500直接降落在村口的公路上,装上新鲜采摘的特色农产品运往物流中心再发往全国各地的场景。

当然,TP500的500千克载量对于货机来说实在有些不够看。但TP500有着浓重的技术验证色彩,只是一系列的起点。根据制造商壹通无人机公司的介绍,载重量在2-10吨的无人运输机也在规划之中,而运载能力为2吨的TP2000无人运输机已在研发。相比500公斤载量的TP500,具有2吨运载能力的TP2000无疑有更高的效能,也会更受市场欢迎,甚至一定程度上替代干线货机在物流运输中的位置。

军民融合大有可为

当我看到TP500首飞的报道时,首先浮现在脑海中的是一篇六十多年前的著名通讯《为了六十一个阶级兄弟》。这篇家喻户晓的报道讲述了山西陆平县发生大规模食物中毒急需特效药救命,而药则需要从北京调配。在所有人的努力之下,空军特别调配的运输机将载着特效药的箱子连夜空投了过去,及时挽救了大量生命。

不论在60年前还是在现在,偏远地区高时效性的应急物资需求是始终存在的,可能在草原上,可能在高原上,也可能在海岛上,这就将是TP500这类无人运输机大显身手的时候了。

TP500作为一个通用无人运输平台,自身也有着不小的发展空间,将其从集装箱器装卸改为空投物资在技术上不存在任何难度,而将目前适合跑道起降的起落架改为适应野战机场甚至平坦草地起降的起落架也不存在任何障碍,二战时期大量的经验证明,草地起降正是这类轻型活塞飞机最拿手的活了。

极高的灵活性及自主飞行能力和低成本,使得用无人运输机执行南海岛屿以及边境偏远哨所的补给任务成为了理所当然的事。笔者2021年年初在西藏旅游,在雅鲁藏布江的佛掌沙丘参观时,看到一架陆航米8直升机沿江飞行,后来看军报报道时才得知,当时某处大雪封路无法给哨所补给,于是使用直升机空运进行补给。目前来看,TP500完全可以胜任这样的任务,完成末端补给任务。

传统构型的活塞发动机飞机对于起降场地的要求那是低的离谱

当然,对于可以自主飞行的无人运输机——或者说无人机——的军民融合应用,我们格局要放得大一点,不仅仅局限于运个货送个快递。既然可以在完全自主飞行的情况下运输载荷,那自然也具备了在完全自主的条件下将载荷(不论这载荷是什么)投送到指定位置的能力。

基于无人运输机自主飞行的控制律研发及使用经验,将其成果应用到其他空中无人飞行载具平台上也是情理之中。毕竟大家干的都是将载荷送到特定位置的活,至于送达的载荷是什么,在扔下去时也基本没啥差别。

“开门!送快递的!”


 
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