载人无人机呼之欲出，青睐多旋翼轴数，空中出租车载多人垂直起降

随着无人机飞控系统的日渐成熟以及大功率电机的应用，无人机的载重也在不断提升，而且用于货运的无人机已经出现那用于载人的无人机也就具备了实现的基本条件了。此外，现代传统有人驾驶飞机的飞控系统的控制也日趋自主智能化，让飞机的操控变得更为简易快捷，在这样的基础上加以改进并应用到大型载人无人机上即使是顺理成章的事。到目前为止，载人无人机在国际上出现的种类和型号为数不多，其中主要有德国的Volocopter，中国的亿航184，美国Uber 的Elevate，德国的Lilium jet以及美国贝尔直升机的Nexus的混合动力空中出租车。

纵观这些载人无人机，它们无一例外地采用多旋翼设计或多涵道风扇设计，其中也有些混合了固定翼的设计。这主要原因是得益于原本航模级无人机成熟的多旋翼设计技术。那为什么在航模中四轴很流行？是因为它的稳定性和易操作性。易操作性来源于四轴飞行器的飞控系统做得很智能，稳定性也是飞控的功劳。飞控通过陀螺仪，加速度计，气压计等传感器获得飞机姿态位置信息，然后控制四个桨的转速来稳定飞机、调节姿态，四个桨的转速由电机来调节。

目前四轴的桨都不大，转动惯量也不大，所以对桨转速的调节响应还比较快，可以有效地控制。但是如果要很大的载重，桨就要做得很大，这是桨的转动惯量就会很大，所以想调节桨的转速反应就会很慢，这时飞机就不好控制了，甚至不能控制。

鉴于载人无人机的安全性考虑，飞控系统的冗余度是必须的，但其合理气动外形设计也是安全的有力可靠保障。在上述的载人无人机当中德国的Volocopter和中国亿航184均直接采用固定的多旋翼设计， 不同的是Volocopter采用12轴电机12旋翼设计，而亿航184则采用4轴8电机8旋翼设计，两相比较，普通人会发觉亿航184相对简洁利索小巧，而Volocopter则相对繁杂平庸，实际上，对于固定旋翼无人机来说，旋翼轴数越多则飞行稳定性越高，提供升力也越大，即使有1-2个轴电机出现故障也不会造成安全事故，所以，在客观条件上Volocopter的安全冗余度会比亿航184高一些。而亿航184要用4轴8电机8旋翼提供相同的安全系数和升力则其电机的扭力和转速相对要求较高，其飞控系统的可靠性和处理器运算能力也同样要求较高，因而其成本也跟着水涨船高，这对于载人无人机的市场推广也是一个障碍。

另外，据前段时间的新闻报道，亿航的载人无人机又有新变化，其升力电机螺桨增加至16个，这对其飞行安全性又有更大的提高，而且亿航载人无人机也将未来几年后投入商业运营。

再来看美国Uber的Elevate，贝尔直升机的Nexus和德国的Lilum Jet，这三种载人无人机都融入了固定翼设计，不同的是Elevate是混合升力/倾转推进螺桨设计，Nexus是6涵道偏转旋翼+固定翼设计，而LiliumJet则应用可偏转的36个小涵道风扇+固定翼设计。由于有固定翼的存在，这三种载人无人机都有较大载重能力和较高的飞行速度。其中，Lilium jet能进行垂直起飞和降落，由36个可定向的管道电风扇驱动，安装在机翼和前舱上的风扇推进飞机。Lilium jet可以容纳2名乘客，时速在250到300公里每小时，航程在300公里。由慕尼黑工业大学的四名工程师和设计师设计的Lilium Jet提出了一系列雄心勃勃的性能目标，包括垂直升降力600公斤，200公斤有效载荷，前进速度高达135-165海里/小时(250到300公里）。

而在2019年1月的CES（国际消费类电子产品展览会）上，贝尔直升机展出的贝尔空中出租车Nexus其实就是一种载人无人机，其名称寓意在于，它将交通、科技与舒适、便捷'连接'在一起。这是一款垂直起降（VTOL）空中出租车的全尺寸设计，采用贝尔标志性的倾转旋翼设计，搭载6台可倾转涵道风扇，从而创造安全、高效的空中出行体验。

据介绍，"空中出租车"可以容纳4-5人，垂直起降，针对短途运输，强调舒适性，从本质上说，这是直升机与无人机的合体，以出租车的形式运营。此外，还有天际线和道恩DAWN-3这两种载人无人机也在研发当中，可以肯定，载人无人机的未来发展也将百花齐放。

从目前发展情况来看，这些载人飞行器看起来很美好，但它们要面临的，除了新产品本身的技术困难，还有很多方面的问题。

第一步要解决的，就是取得适航证。根据民航局的规定，载人飞行器要想合法从事商业飞行，首先要从民航总局取得适航证。目前无人机的适航证书还没有真正落地。而载人飞行器想取得适航证需要提交一系列材料，包含设计报告、研制过程、材料分析、飞行数据报告等，还要在文件全部提交通过审核后按标准进行试飞，累计足够的安全飞行时间。这个过程同一般民航客机的流程没有太大区别。

第二步是低空飞行管制。从2014 年11月开始，国家放松了对低空（1000米）的管制，在10个低空开放城市，允许私人飞机使用1000米以下的空域，不需要得到军方的批准，报飞标准要比之前简单很多，也为载人飞行器创造了空间。目前低空空域仅对"低小慢"飞行器开放，但遥感等大型多旋翼或固定翼无人机的飞行还都要进行申报。近两年小型无人机引发的各种安全问题引起了相关部门的高度关注，进一步开放低空的飞行管制不是一朝一夕的事。成都双流机场大客机被无人机逼停事件就是很好的佐证。

第三步是针对驾驶员的，大型飞机的操作需要专业的人员，无人机的飞行员也需要进行培训、考核、持证上岗。虽然上述几家载人飞行器都提到无人驾驶是他们的大方向，但不能否认的是，保留人工驾驶是十分必要的，在出现突发状况时可以由人来接管飞机。不过，载人飞行器的驾驶员考核体系同现行的通航驾驶员考核体系并不相同，怎么样制定出一套适合载人飞行器的考核体系还需要厂家和有关部门商榷。现在的主流想法是让普通人经过短时间的培训就能完成自主飞行，所以载人飞行器在设计上主要使用自动驾驶模式，自动避障并实现路径规划，这样可以提高安全性和舒适性。不过，安全性依然是绕不过去的坎儿，毕竟在地上跑的自动驾驶都没有很理想，更不用说在天上飞的了。

不过，随着未来无人机技术智能化发展的日益成熟和飞行器管理法规的逐渐完善以及城市交通需求的变化，载人无人机的飞天终将成为现实。