亿航: 搞机技术真的强，载人机新篇章？（科普长文慎入）

UAV-jack

如果说李书福重新定义了汽车（汽车就是一个沙发加四个轮子），那么亿航重新定义了载人飞行器。

飞行一直是人类长久以来的梦想，而亿航以“让飞行不再是少数人的专利”为理念，发布了亿航184载人飞行器，并制作了视频，帮我们实现了这个梦想。

这款亿航184载人飞行器高1.5米，净量200千克，额定载重100千克，整机最大输出功率106KW （8马达），海平面续航时间23分钟，平均巡航速度100公里/小时，可乘坐单人乘客。

众所周知，载人飞行器是一个高精尖的领域，虽然老农造飞机时不时成为头条新闻，但是亿航184是面对民用领域的新产品，而且（自称）是第一次实现了人类的全自动驾驶飞行，的确是交通行业带来划时代的重大变革（当然我们也要严肃的指出CES发布现场机上没有乘客，发布的产品视频中没有出现飞行中载人的画面，我们姑且认为是法律原因）。

亿航智能技术有限公司是一家以科技创新为导向的智能飞行器公司，我们认为其在研发184载人飞行器中克服了无数技术障碍，是中国全民创业，万众创新的瞩目成就，创造了很多中国第一，乃至世界第一，打破了其他公司的技术垄断。

首先，无人机可主要有固定翼、无人直升机和多旋翼无人机三大平台，而亿航大胆采用了四轴八旋翼的设计。由于其稳定性和易操作性，四轴多选翼在航模中（注意是航!模!）很流行。对于航模这样的小飞机，因为本身质量小，各个方向的转动惯量比较小，所以不稳定，容易被外界因素（比如风）干扰，需要四轴这样的结构和控制器。但是四轴多旋翼的桨的气流还会互相干涉，能量效率最低；如果要很大的载重，桨就要做得很大，这时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，遇到外界干扰（又是风）往往容易翻，同时桨叶大了会因为重力下垂，这时候共轴双桨往往会上下桨互相干扰，同时桨叶尖端的涡流也会比较严重，很难控制。总而言之，桨叶做的厚实，转动惯性就大，难以控制，而桨叶做的薄就会下垂，增加干扰和涡流。所以理论上载人飞行器的共轴双桨（四轴八桨）设计就有天然的缺陷。从安全性上，多轴本质上是个不稳定系统，需要非常精密的飞控算法，而固定翼等结构往往天然有稳定性，所以成熟的载人飞行器多使用固定翼等结构。

由上可知，他们有效发扬和吸收了航模界的优秀技术，打破了大功率多选翼难以做载人飞行器的魔咒，在不利用变矩螺旋桨的情况下，使用了不为人知的神秘技术有效的保证了安全飞行。

其次，亿航大胆采用了电机引擎，由于电池的能量密度跟化石燃料相比差很多，为了增加飞的更快和增加续航，只能增加电池，但越大的电池会让飞机体积更大，也会减少有效载荷，而这违反了飞机设计的原则：为减轻每一克重量而努力。相比之下，传统燃料的燃烧后却可以减轻重量。所以载人飞行器常用传统燃料，也有不少厂家开始尝试油电混合或者太阳能电池等。

另一方面电机引擎的最大功率是一定的，这也决定了飞机能装多少东西/电池，所以使用电机引擎的飞机有效载荷是有限的。做为载人机，由于安全性的要求，安全气囊、弹射座椅、降落伞在内的安全设备必不可少，而这也将大大降低有效载荷。

我们惊喜的看到亿航184采用100%纯电力驱动，绿色环保，不使用任何化石燃料，减少了废弃物的排放对环境的危害，并且依然神奇的保证了额定载重１００千克，当然我们并不需要去深究额定载重１００千克的定义。另一方面，为了人类的美好未来，我们当然不会介意其15-23分钟的续航时间反而需要2-4小时的充电时长。更不需要深究20分钟左右的续航时间是在什么条件下达到，我们认为每次飞完约20分钟，然后充电几个小时继续飞行的模式，无疑将对整个运输相关行业产生巨大而深远的影响，并有效调节我们浮躁的高节奏的生活。

接下来我们看一下亿航184的控制舱，舱内配有类F1赛车的舒适座椅，平板电脑操控台，自动恒温空调，4G Wi-Fi网络，为乘客提供舒适的驾享体验。我们非常惊喜的看到接地气的平板电脑操控台，虽然平板电脑会有过热易关机等众多安全问题，但是我们有空调啊（画外音：空调坏了怎么办？）

接受采访时，亿航公司负责人表示他们的目标是在三四月内商业化，并预计“亿航184”2016年量产100台，亦可赛艇！

众所周知，任何一款载人飞行设备在投入使用前都需要获得适航当局的适航证。而飞机制造商的新机型要在全球市场上投放，除了要得到欧洲航空安全局（EASA）和美国航空管理局 （FAA）的适航证外，还需要获得进口国家相关监管部门的证明。虽然国内凤翔ARJ-21 经过了五年的密集测试才获得中国民航的适航证，但我们相信”人有多大胆，地有多大产”，亿航184一定可以克服万难，获得适航证，成功上市。

一方面我们也坚信亿航公司有能力打破国内低空空域管制，让亿航184飞翔在祖国的蓝天。在这一点上，他们将再次超越Google等国际知名公司。因为即使像Google这样的国际大公司，多年来也无法影响美国立法部门在无人驾驶车政策上作出调整。

我们也可喜的看到，亿航的宣传片中使用大量CG技术，这远远的超越了游侠电动车的宣传水平，他们只会做PPT，并且亿航成功的生产了亿航184样品，这也和车换皮不可同日而语。

虽然依旧有网友指出亿航早期的无人机使用的APM的开源飞控，手机控制是改自开源的DroidPlanner，安全性存在问题，但我们这次惊喜的看到亿航184飞行器内置（亿航自主研发的）FAIL-SAFE系统，显然他们的自主研发精神和国内自主研发操作系统的精神一样令人称道。

亿航最初是一个众筹明星，在点名时间获得 37 万人民币，又在 Indiegogo 上筹得 86 万美元。在筹得钱后亿航完成了产品研发，并发货回馈了众筹支持者。后来亿航先后获得 1000 万美元 A 轮融资和 4200 万美元 B 轮融资。这一次成功的产品发布，显然会有效的提升亿航的融资规模。

所以当有些人指出亿航的载人机只不过是将航模放大加几片旋翼再塞个人时，我们必须跟这种错误的观念作斗争，支持民族工业，他们只是重新定义了载人飞行器而已。另外，我们也中肯的建议不要在载人机名称中谐音类似“要爹死”这样的字眼。

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探长office里聊会儿

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想知道本案由谁侦破的吗？

协作密探：卢毅

“大家好，我是密探卢毅，左手写程序，右手编段子，读过人工智能博士，喜欢历史，现居旧金山，口头禅是‘无欲则刚’和‘Make a difference’。”

我们要感谢亿航成功的科普了载人机，接下来是另一段科普时间：

从鸡翅膀谈起——“无人机”的那些事

作者 grapeot 知乎ID grapeot 硅谷密探授权发布

最近无人机特别火，有拍照的，有载人的，美国要注册否则罚款蹲监狱，中国启动军机拦截。我们就从最简单的鸡翅膀开始聊聊，讲讲飞机/无人机关于空气动力学的那些事。

鸡翅膀，升力和失速. 不论是一般的民航客鸡还是Geek们玩的四轴，能飞起来都离不开一个东西：鸡翅膀。高中就学过啦，鸡翅膀能飞起来靠的是空气流过上下面产生的压力 差，这个叫升力。当升力大于飞鸡的重力的时候，飞鸡就飞起来啦。 至于这个翅膀和四轴无人机有什么关系呢？其实螺旋桨就是旋转的机翼，它之所以能产生升力和一般的固定翼飞机是完全一样的，但在明了了原理以后，里面又有很 多微妙的差别。我们后面说。

前面说到翅膀产生升力，升力和哪些东西相关呢？除了直观地和翅膀的形状以及速度相关以外，还有个至关重要的因素是和翅膀抬的角度有关。直观地想象一 个完全是平板的翅膀（比如上图(a)），当翅膀完全水平的时候，显然没有升力。翅膀完全竖直的时候就尼玛一块板往前推，也没有升力。但比如翅膀和水平成 10度角往前跑的时候，自然有个非零的升力。所以升力和这个翅膀抬得角度的关系是，随着角度增大，先增加，再减少。如果我们画一个图，横坐标是这个角度， 纵坐标是升力的话，它看起来是这个样子的：

一个有意思的现象是，在飞机正常飞行（角度比较小，也就是平着飞，不是竖着往上飞）的时候，你一拉杆，飞机头翘起来，角度变大，这个升力也会变大， 飞机上升啦。你一推杆，机头往下走，角度变小，升力变小，飞机下降啦。但如果猛地一拉杆，翅膀的角度急剧增大，在上面的图里超过15度，升力会急剧减小。 这个现象叫做失速，它意味着飞机还在高速往前跑，但升力急剧降低，在往下掉了。这是非常危险的，一方面如果不及时提高升力的话你心爱的航模会炸机，真飞机 会坠毁；一方面这种情况下要提高升力的方法非常反直觉，你要推杆把这个角度减小才可以——也就是需要降低机头来增加高度。人在紧急情况下很难跨过这个牛角 尖。

那么失速和我们的无人机有什么关系呢？关系大了。对于固定翼来说，因为引擎电机的最大功率是一定的，所以飞机飞的最高速度一般就那么快是定死的。这 时候决定最大升力的因素就剩这个角度了。但因为失速的存在，升力的提高也是有极限的。就是这个极限，决定了你的飞机能装多少东西/电池。而对于四轴/直升 机来说失速更加限制了最高速度——即使你是土豪有个100000kW的电机，无人机的速度也不能无限增大。为了理解这一点，我们先来看看螺旋桨的原理。

鸡翅膀，螺旋桨和风

螺旋桨的剖面长这样：

尼玛放错图了吧。。这不是普通的鸡翅膀么？！额，其实并没有，这真的是螺旋桨的剖面。他就是两个鸡翅膀连一起然后转啊转啊，鸡翅膀总是在相对空气运动，就产生升力——这里就是拉力了。但我们看到的螺旋桨并不是这样平直的，而是往往有个扭曲，类似下图。

这是为什么呢？还记得升力（这里是动力）和角度的关系吗？ 在上面的图中，可以想象螺旋桨在向下拍打空气，图中标出的角度就是上面说升力的时候提到的角度。螺旋桨的翅根（线）速度慢，用大角度来提供相对较大的升 力，翅尖速度快，角度稍微小点来让升力和翅根大小相近。构建和谐社会，大家升力均衡才有利于螺旋桨的科学发展嘛。

然后你把这个图竖起来，就是四轴或者直升机的螺旋桨啦。我们现在来看最简单的情况，有一个直升机在悬停。好吧，一个螺旋桨转吧转吧，它的两个叶片相 对空气运动，产生升力。升力和重力平衡，所以可以悬停（下图左）。。等下好像哪里不对？螺旋桨旋转的力矩反作用于机身，机身自己也会向反方向旋转啊。。对 头，这就是为什么要有个尾桨。加个尾桨，好吧现在力矩平衡了。等下。。尾桨自己也是个螺旋桨，他也在不断产生升力/推力把直升机向一边推啊。。（下图右的 T_尾，在把直升机向左边推）那只好把顶上的大螺旋桨向右倾斜一些，产生一个向右的分量T_3来和T_尾平衡了。所以你看，一个“悬停”一点都不简单，他 是一个非常复杂的受力和力矩平衡状态。这也是为什么很多固定翼航模到手就能飞，但直升机要想悬停住要练很久的原因。

好我们看完了最简单的情况，让直升机向前飞起来吧！有没有发现向前飞起来以后整个故事完全就不一样了！还记得升力和哪些东西相关吗？速度越大，升力 越大。在失速以前，角度越大，升力越大。直升机的螺旋桨在同一时刻，肯定有一个桨叶向前一个桨叶向后转。因为直升机自己在向前飞，向前转的桨叶/机翅膀相 对于空气的速度更快，向后转的鸡翅膀相对空气的速度更慢。所以两边的升力是不一样的。我擦，这尼玛是要翻的节奏啊。肿莫办？速度改不了，只能改角度了。所 以直升机上面有个叫周期变距器的东西（下图），“距”就是我们上面说的角度。它在翅膀往前转的时候把角度变小一点，往后转的时候把角度变大一点，这样两边 的升力就可以平衡了，飞机就不会翻了。所以你看上去直升机的螺旋桨只是在旋转而已，其实它同时在不停地挥舞。呼~~拯救世界一点都不轻松啊。

然后直升机的上升和下降也是通过这个变距器实现的。飞行员“拉杆”，变距器把两个桨叶的角度都变大，发动机转速不变，升力增加，直升机就上升。反之 角度减小，发动机转速不变，升力下降，直升机下降。是不是和直观的理解不一样？（非玩具的）直升机不是通过控制螺旋桨的转速来控制升力的，而是通过控制螺 旋桨的角度来控制的。为什么呢？这是因为改变转速是要克服螺旋桨自身的惯性的（克服惯性力矩），直升机越大，螺旋桨越重，惯性就越大，改变转速就越困难。 表现在控制上就是直升机越大控制就越“肉”。但下面会解释，直升机和四轴的控制非常要求频繁且灵敏的调整，所以利用周期变距，一方面解决了有风的时候升力 不平衡的问题，一方面也可以敏捷地改变升力大小，对直升机来说是非常重要的。

那螺旋桨会不会失速呢？会的。比如一阵大风吹过，向后转的桨叶相对空气速度突然减小，在变距器做出反应前，翅膀的角度不变，升力因为空速减小而减 小。然后变距器发现我擦不对啊，两边升力不平衡了，就升高向后转的桨叶的角度，升高高高，高到最前面那个图里的15度，结果尼玛就失速了。或者直升机飞得 太快也会发生类似的情况。这时候直升机一边翅膀没有失速正常产生升力，一边翅膀失速了升力骤减，就会翻掉。。而且很难恢复。。注意，除了尾桨可以省掉以 外，这些问题在多轴里，都是完！全！一！样！的！

正因为这种失速的存在，直升机和四轴都有一个速度上限，这个上限不是引擎的马力决定的，而是因为到了这个速度以后，向后挥舞的桨叶会失速导致机身产生无法恢复的翻滚，继而炸鸡。

鸡翅膀，稳定性和上反角

除了升力来源和失速特性不一样以外，四轴/直升机和固定翼还有个本质不同，就是系统的稳定性不同。所谓系统的稳定性，举个栗子吧。你找个碗，在碗里 放个乒乓球。乒乓球一下就滚到碗底了。你用手轻轻拨一下球，它会自动回到原来的位置。这个系统就叫稳定系统——当系统受到微小扰动的时候，它会自己回到原 先的状态。而你找个博士，让他用筷子顶一个球，不断调整筷子的位置让球保持平衡。这就叫博士顶个球。这个系统就是不稳定系统。看上去它是稳定的——球一直 没有掉下来嘛。但那个球哪怕被一点点风一吹，底下那个人就要立刻调整棍子的位置和角度，才能维持原来的平衡状态，否则球就掉下来了。

我们玩的固定翼航模就是一个稳定系统，而直升机/四轴是个不稳定系统。想想看，固定翼的飞机，飞得好好的，突然迎面来一阵风，翅膀相对空气的速度增 大，升力增加，呼地就上升。上升的过程中因为能量守恒速度减小，翅膀的升力逐渐减小，直到和重力平衡。除了升高了一点以外还是平飞。这也是为什么对于固定 翼飞机来说，只要做好了适当的配置（油门，配平），把手松开它可以一直飞下去。

但直升机不一样。想想一个悬停的直升机，一阵风吹来，向前挥舞的桨叶升力增大，向后挥舞的桨叶升力减小，（周期变距一下没反应过来）就歪了。歪了本 身没啥，但问题是这样破坏了原有的平衡，竖直上的升力不够了，飞机开始下降，同时有了水平方向上的分量，开始平移。顶上的大螺旋桨是个大陀螺，当飞机（左 右）歪的时候它会产生进动，推动飞机向另一个方向（前后）歪（还记得在科技馆里拿着旋转的自行车轮胎会推着你自转吗）。所以整个螺旋桨的方向就乱套了，如 果不及时纠正的话会越来越歪越来越歪，最后坠毁。这就是为什么直升机在操作的时候会这么累，要不断地根据姿态来进行纠正。真正的直升机的飞行员在飞行的时 候也是非常紧张的，调个无线电频率也是稍微松下手拧一下，然后立马回来扶杆，然后再拧。相比之下固定翼的飞行员直接双手放把就去哐哐拧了。至于四轴，也是 同样的不稳定，它能飞起来全靠飞控算法每秒几十次的纠正姿态。这也是为什么自制四轴要调飞控参数调一两周，但固定翼装好就能凑合飞的原因。

关于平衡性有个更直观的例子，下次去超市买菜，你找个购物车推一下。一般都是拿着后面的把手往前推，这个系统是一个稳定系统，即使推歪了它自己有个 力会纠正回来。但如果你倒着推（拿着购物车的前面，向购物车的把手方向推，不是拉）就会很明显地感觉到不同。只要有一点歪，就会很快越来越歪越来越歪，甚 至原地打转。下次去超市试试！

但飞机的稳定性是可以改进的。一个方法叫做上反角。向下图这样，鸡翅膀在安装的时候不成180度，而是成一个向上的略微的钝角。这样当飞机稍微歪一 点的时候（和直升机一样）竖直方向的升力减小，飞机在水平方向上开始侧滑。而这个侧滑会导致低的一侧的翅膀的角度比高测翅膀的角度更大，提供更大的升力， 从而让机体恢复原来的状态。实际上很多大点的多轴也开始用这样的设计来增加飞行稳定性了。比如最近很火的亿航的多轴无人机。

鸡翅膀，机械效率和大型/载人四轴

虽然螺旋桨和鸡翅膀的原理并无二致，但固定翼和直升机/四轴在能量的消耗上非常不同。如果我们看同样的能量能让两种飞机跑多远的话，直升机/四轴明 显是占劣势的。这是因为飞机基本上所有的动力都用来拉着它奔向目的地了，效率满分。但直升机在悬停或慢速飞行的时候大多数动力是让它在空中漂浮的。此时能 量的利用率非常低。要想让利用率变高，只能装个超大的马达，飞超快，让向前的力占所有动力的大部分。然而由于失速的存在，直升机/四轴的速度没到多快就会 翻滚坠毁。因此总体来看它的效率注定就很低。此外，固定翼的马达可以特别轻小，因为它提供的动力只需要足够克服空气阻力（一般是机身重量的1/10到1 /3）就可以了，但直升机的马达需要克服所有机械结构和电池的重力，必须大马力。但大马力就必然重，也需要更大的电池。这些都限制了直升机和四轴的载重。 从数据上来看，淘宝上一两百买的翼龙套机装个烂电池飞个半小时毫无压力，弄两三块电池飞行时间可以突破一小时。但一万块钱买的大疆精灵用锂聚合物电池也只 能飞二三十分钟而已。

综上所述，相比于固定翼，四轴需要更强力的马达，更好的电池，更大的自重，更复杂的机械结构，来实现更短的续航，更差的稳定性，更低的机械效率，和 垂直起降的能力。遗憾的是，这些劣势在航模尺度增加，甚至变成载人尺度的时候会急剧放大。我个人认为，四轴的流行主要得益于飞控算法和悬停拍照的需求。你 看大疆的广告语，它做的其实根本就不是无人机或者航模，而是会飞的相机啊。如果只是对航拍感兴趣而不一定要悬停的话，去买个固定翼航模吧，一小片草地或者 水泥地也可以起降了。而且我并不是很看好四轴无人机的大型化，前面所说的是物理原理上的硬伤，很难改变的。但大的固定翼飞机的确也很难实现短距离起降，非 常不便。所以也许未来的趋势应该在Google发展的垂直起降的固定翼无人机（Project Wing）上吧。

（作者微信：【硅谷密探】ID:SVS-007，直播硅谷创业CEO访谈/科技圈资讯，禁止非法转载，投稿或寻求报道可搜索留言）