AR20变距多旋翼无人机的翱翔之路

本报通讯员 王增勇　　3月13日，由航空工业直升机所研制的20千克级变距多旋翼无人机AR20顺利完成换装氢动力试飞试验，验证了氢动力电池应用在变距多旋翼无人机上的可行性。

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　　AR20变距多旋翼无人机是一款工业级多旋翼飞行器平台，属于国内首款纯电动变距多旋翼飞行器。它采用高效变距旋翼系统、超低长径比低速大扭矩电机及复合材料一体化机体结构设计，具备商载5千克条件下航时超1小时能力，具有部署快、噪音低、抗风性能强、高原性能好、作业效率高等特点，在同类产品中具有显著优势，可广泛用于安防监控、边境巡逻、反恐应急等军民领域。

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　　这次试验赋予了AR20更多的可能性，既为未来的能力进化指明了方向，又契合国家重视氢能源发展的国家战略，在可预见的未来，它将飞往更远更广阔的天空。“怎样飞起来？”2015年，航空工业直升机所重点试验室的吴令华带领苏兵兵、侯祥民、罗俊、王磊等几位“80后”“90后”年轻人，申报了一个名为“长航时变距四旋翼无人机”的创新项目，也就是变距多旋翼无人机AR20的前身。

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　　项目申报后，是漫长的摸索过程。团队几人从技术细节开始梳理，抽丝剥茧，一点点搭建框架。整个过程极其曲折，相关的技术和构型几乎都是全新的，需要一点点尝试。

　　在团队踌躇不前之时，办公室里的一架450航模直升机引起了吴令华的注意，灵感和方法一下子涌来：四架直升机拆掉尾桨，通过“尾对尾”的方式，采用分布式动力，可以很方便地控制桨盘载荷，同时再拆掉其它一些不必要的部件控制重量，便有可能以一种风险小、易于实现、周期短的方式达到目标。

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　　有了这个猜想，团队即刻进行了验证：查资料，熬夜摸索做试验，并动手制作了旋翼试验台、马达试验台、飞控调参试验台、飞控安装试验台等工作台。在热情和激情的驱使下，经过一个月的攻关，一架6千克的变距四旋翼直升机终于在直升机所山沟里的八角楼前稳稳飞了起来。

　　“创新是自然而然的行为，前提是对事物有研究，然后用心去做，刻意追求和别人不一样是假创新。”吴令华觉得，当基础搭建牢固，剩下的就是那灵犀一点的“神来之笔”，当薄薄的隔膜被轻轻地点破，一切就会水到渠成。随着小型原理样机的成功研制，国内首款工业级20千克级纯电动变距多旋翼无人飞行器——AR20也步入研发的快车道。 “飞上了4768米的高原”　　经过前期的技术累积，AR20乘风破浪，漫步青云。

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　　2016年12月，完成总体设计。2017年6月，完成总装。2017年7月，顺利完成地面调试和台架试验。

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　　2017年7月31日，成功实现首飞。

　　2017年9月，第四届天津直博会期间，AR20凭借其优异的性能和巨大的应用前景受到媒体和观众的广泛关注，同年10月，AR20参加江西省“天工杯”工业设计大赛并荣获优秀奖。

　　2017年10～11月，AR20又开启了高原试飞之行。先后完成了西宁海拔2400米试飞、格尔木海拔2800米试飞、东大滩海拔4300米试飞、西大滩海拔4600米试飞并在昆仑山口海拔4768米实现满载起降和飞行，其高原性能和抗风性能得到完美验证。

　　在这趟旅程中，AR20 一路向上，越飞越高，在蔚蓝色的高原云天里纵情翱翔。这使得AR20的应用场景进一步拓展，能够满足祖国大部分疆域的环境任务要求。

　　目前，军民用领域对长航时、低噪声、易维护以及具有较大载荷能力的多旋翼飞行器需求广泛，但现有的多旋翼飞行器平台多是基于定距模式飞行，通过旋翼转速的变化来控制改变多旋翼飞行器的飞行姿态。该控制方式存在效率低、航时短等缺点，同时定距多旋翼也不能粗暴放大轴距，载荷能力受限。而变距多旋翼则可以通过控制旋翼绕变距轴转动，达到桨距变化目的，变距式多旋翼的机身可以做到更大，载荷也就越大，同时还可以有效降低功率损耗和噪声。因此，变距多旋翼飞行器是具有长航时、大载重要求的军民用多旋翼飞行器的理想选择。

　　今年2月，试飞团队在西部某地成功进行了AR20变距四旋翼飞行任务演示。根据飞行任务要求，飞行器圆满完成了基地周边目标地点的定点监视、抵进侦察、移动目标追踪等飞行任务，充分展示了飞行器各方面的良好性能，也为后续进一步挖掘飞行器潜能、提升飞行器性能、拓展飞行器应用场景指明了方向。“飞得更远、更清洁”氢能与电能类似，是常见的二次能源，需要通过一次能源转化获得；不同之处在于，氢能的能量密度高。

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　　AR20目前采用的是传统锂电池，能量密度较低，这一定程度上限制了AR20性的能发挥。为了进一步提升AR20的航时和载重，研发团队进行了换装氢动力研究和试飞试验，最终在设计起飞重量下实现悬停飞行3小时12分。试验充分表明，氢动力电池的输出功率满足AR20的飞行需求。未来可大幅提高AR20航时，对拓展AR20军民使用领域及自身作业能力具有重要意义，可以让AR20飞得更远、更清洁。

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　　这次AR20换装氢动力试飞试验也是航空工业直升机所积极响应国家能源战略的一次尝试。

　　3月23日，国家发改委公布与国家能源局联合印发的《氢能产业发展中长期规划（2021～2035年）》。这是我国首个氢能产业中长期规划，明确了氢能的三大“战略定位”，即：氢能是未来国家能源体系的重要组成部分；氢能是用能终端实现绿色低碳转型的重要载体；氢能产业是战略性新兴产业和未来产业重点发展方向。

　　如何积极对接国家能源战略，让直升机飞得更好、清洁？这一直是直升机所设计研发团队在探索和解决的问题，AR20的这次尝试是直升机所在这条探索之路上迈出的重要一步。

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　　目前，AR20研发团队正在根据换装氢能源的需求，研发一款35千克级的改进型飞行器，将助力AR20飞得更高更远，相信在不远的未来，AR20将拥有更为广阔的天空舞台。

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