飞得快还不用动旋翼，俄新款无人机靠“调转速”切换模式

8月29日，俄罗斯喀山国立研究型技术大学（КНИТУ-КАИ，现全名为俄罗斯以А.Н.图波列夫命名的国家研究型技术大学，下文称喀山航空学院）在其官网发布消息，表示该大学已成功研发出一种能够兼容垂直飞行与水平飞行模式的新型无人机，并获得了俄罗斯联邦知识产权局的专利授权。

根据公开信息，该无人机采用直升机方式垂直起降，在飞行模式转换时，由一套软硬件综合体（ПАК）负责推力的能量分配。

显然，该方案的提出是为了解决混合式无人机多年来一直存在的“模式切换”难题。

“实现无人机能力关键突破”

在当前的无人机市场中，能够同时实现垂直起降和高速平飞的混合式型号并不罕见。但该类产品普遍存在两大技术短板，严重制约了其实际应用价值。

其一，能耗高，导致航程严重受限。

传统混合式无人机在悬停或垂直飞行阶段，升力发动机需要持续全功率运转，电力消耗极大。由于电池能量密度存在物理瓶颈，许多无人机在进入水平巡航模式前就已消耗了相当比例的储备电能，导致整体航程大幅缩水，难以满足长距离作业需求。

其二，悬停模式下，无人机抗侧风能力弱。

对于需要在空中定点观察、监测或悬停作业的无人机而言，抗风性是衡量安全性与稳定性的核心指标。此前获得专利的多种型号，均存在悬停状态下面对侧向风力时姿态保持能力较差，容易发生漂移甚至失控的问题，限制了其在恶劣气象条件下的作业能力。

喀山航空学院表示其研发的新型号针对上述两大痛点进行了系统性优化。研发团队介绍称，新型号通过“创新的推力分配逻辑与结构设计，有效降低了无效能耗，同时显著增强了悬停模式下的姿态稳定性，使飞行器在复杂风场中仍能保持可靠作业能力”。

“软硬件综合体”是控制关键

对类似需求的无人机来说，要从悬停模式转换到水平飞行模式，传统思路是通过机械系统改变升力发动机的空间方向来实现。例如，一个较为常见的倾转旋翼方案是通过伺服机构将垂直向下的旋翼逐步倾转为水平推进方向。

这种机械传动方案虽然直观，但带来了多重衍生问题。首先是可靠性不高。倾转机构涉及复杂的机械铰链、传动轴和伺服电机，在高频率的模式切换过程中，机械磨损和疲劳失效风险显著增加。一旦传动部件卡滞或损坏，飞行器将无法完成模式转换，甚至面临坠毁风险。其次是水平飞行速度低。由于倾转机构本身占据一定重量和体积，且旋翼在倾转后仍需兼顾部分升力功能，其气动效率无法与纯粹固定翼的推进方式相比。此外，复杂的机械结构增加了飞行阻力，进一步限制了平飞速度的上限。最后，高能耗同样与机械传动方案密切相关。伺服机构本身需要消耗电能来驱动倾转动作，且在水平巡航阶段，即使升力已由机翼提供，部分倾转机构仍需保持工作状态，无法实现“彻底关停”，造成持续的能量浪费。

根据喀山航空学院的宣传材料，其研发的新型号创新之处在于摒弃了机械倾转这一传统思路。该新型无人机在机身、机翼等部位安装了四台电动升力发动机。这些电机的位置和朝向是固定的，无须依靠机械传动装置来改变其空间方向。

在此基础上，喀山航空学院研发了一套“软硬件综合体”来实现对这些电机的系统性控制。

该“软硬件综合体”将汇总、处理无人机传感器数据和卫星导航数据，根据需求实时调节每台发动机的转速，为这些电机分配不同推力，并在加速过程中，以及为返回垂直模式而反向转换时，确保机身获得所需的倾斜角度。

换言之，不再依赖于“物理移动”发动机来实现垂直起降和高速平飞两种模式的切换，而是通过软件系统重新分配推力，来改变整机的受力状态，从而实现从垂直悬停到水平巡航的平滑过渡。

喀山航空学院首席工程师尼基塔·谢明介绍称，这种方案的成功应用，使该无人机能够在不改变外形结构的情况下既像飞机一样飞行，也像直升机一样悬停。

未来将衍生更大型号

尼基塔·谢明进一步表示，这种架构的优势十分明显。

在节能方面，当无人机进入水平飞行阶段后，机翼开始产生气动升力。此时，“软硬件综合体”可以指令升力发动机全部关闭，完全依靠机翼的气动效率维持高度，仅需极少的推进动力即可保持巡航速度。这一“彻底关停”的策略消除了传统倾转方案中因机械装置持续耗电或旋翼无法完全闲置而产生的能量浪费。

在可靠性方面，由于取消了复杂的机械倾转装置，整机结构大幅简化。没有了易磨损的铰链、传动轴和伺服电机，飞行器的故障点显著减少。该机研发人员表示：“该发明的技术成果包括：减轻设备的质量和结构复杂性，实现飞行模式之间的平稳稳定过渡，并因取消机械传动装置而提高可靠性”。

喀山航空学院研发团队表示，当前该型号原型机的巡航速度约为150千米/时，最高可达200千米/时，翼展为1米，单机制造成本为10万至15万卢布（合7800至11700元人民币）。未来喀山航空学院还计划开发翼展2米和4米的衍生型号。

对喀山航空学院该新无人机构型，莫斯科航空学院专家评价称，这种X型布局的优势在于结构紧凑、机械原理简单、操控性好。尽管该机在气动效率上仍有优化空间，但其工程实现路径更为简捷、可靠。

综合来说，喀山航空学院此次发布的航空器构型并不算罕见，但要实现该构型的稳定、准确运行，显然对“软硬件综合体”提出了较高的要求，尤其是该软件应有较高的自主能力。可以说，喀山航空学院发布该产品，显然是为了彰显其“软硬件综合体”方面的研发能力，而这也是目前全球无人机产业链上附加值较高的领域。