无人驾驶航空货运市场发展势头迅猛

格雷厄姆·沃里克

无人驾驶航空货运飞行器成为无人机领域发展的新宠，一些初创企业已经瞄准增长强劲的电商配送市场。实力雄厚的制造商积极研发货运无人机，并且进展迅速。

无人驾驶航空货运初创企业瞄准增长强劲的电商配送市场

在亚马逊效应的推动下，快速配送电商包裹的需求增长强劲，美国初创企业Elroy Air公司计划今年推出其无人驾驶货运飞行器的全尺寸原型机。该机是一种油电混动垂直起降多旋翼飞机，设计指标是搭载500lb货物飞行480km。

Elroy Air公司正与美国联邦航空局（ FAA）和潜在客户合作，希望最早能在2020年开始运营，包括国际市场和美国国内市场。迄今为止，Elroy Air公司已获得920万美元的种子基金，计划于年内进行A轮融资，用于该无人货机项目投产前的研发投入。

Elroy Air公司目标瞄准的是当前由卡车占领的点对点货运市场，将快递的范围扩大到较小的社区。Elroy Air公司首席执行官戴夫·梅里尔说，“城区范围内正在享受亚马逊效应带来的好处。我们看到的是扩大加急物流配送范围的机会。”

科尔尼管理咨询公司分析认为，美国2018年的当日达快递配送市场规模预计将达到40亿美元，在过去不到5年的时间里增长了100倍。Elroy Air公司战略与业务发展部主管科菲·阿桑特表示：“亚马逊效应正给其他电商企业带来缩短配送时间的压力。通过无人驾驶货机服务于更小或更偏远的社区，我们可以让加急物流变得更加普及。”

这家总部位于旧金山的创业公司在过去1年半里一直在进行1/6比例的小尺寸验证机的试飞，研究这种串列双翼飞机的空气动力学和控制问题，包括遥控飞行和全自主的端到端飞行。全尺寸的“查帕拉”无人机（ Chaparral）长20ft，翼展30fto货物装在机腹下的模块化可分离货仓内。

该机的油电混动推进系统包括为六个升力螺旋桨提供动力的电池，六个螺旋桨安装在连接了前后两个机翼的两个小机身上，用于垂直飞行。一台内燃机为推力螺旋桨提供动力用以进行水平飞行，同时为电池充电。戴夫-梅里尔表示，油电混动可提供10倍于纯电飞机的航程。他说，这架飞机设计用于在10，00Oft以下的空域自主飞行，配备广播式自动相关监视系统（ ADS-B），以检测和避开装有同类系统的其它飞机，同时还装备了机载雷达，用以探测和跟踪没有装备此类系统的飞机。

戴夫-梅里尔表示，Elroy Air公司根据美国联邦肮空局（ FAA）法规第1 07部分中关于小型无人机系统的规则进行了小尺寸验证机的测试，但在全尺寸飞机上Elroy Air公司必须“更具创造性”。该公司计划与位于美国西部的美国联邦航空局无人机集成试点项目（IPP）合作，在政府拥有的土地上空试飞，并为真正的供应商提供货运服务。“无人机集成试点项目基地是我们发展的催化剂，”科菲-阿桑特说。

“我们在货物装卸方面也取得了很大进展，”戴夫-梅里尔说。模块化吊舱以货运集装箱为参考进行设计，旨在提高运营效率。“我们进行装卸作业的是可分离的模块化吊舱而非整架无人机。吊舱装货完成后放置在停机坪上，无人机无需等待装卸货物，”他补充道。无人机着陆后，滑行到指定位置放下送达的吊舱并拾取需要运送的吊舱，所有这些都将自动进行以节省时间。

戴夫-梅里尔说，Elroy Air公司货物装卸概念的灵感来自亚马逊公司使用的仓库机器人。“这为人员和机器人之间提供了非常清晰的界限。人员负责装卸货物，机器人将吊舱拾起并进行运输。”

“这是最安全的操作方式，”科菲-阿桑特说，他从Uber Freight公司加入这家创业公司，Uber Freight公司是一项让承运人与托运人相匹配的服务。Elroy Air公司的运营理念以Uber Freight公司的Powerloop为蓝本，powerloop让承运人直接运输预先装好的箱式挂车。

Elroy Air公司认为，这也适用于支线货运市场，FedEx公司和UPS公司等快递公司现在使用由一名飞行员驾驶的塞斯纳208小型飞机将包裹运送到货运枢纽。在这种业务模型下，飞机飞往城市卸货，然后等待一整天，重新装货完成后，晚上飞回货运枢纽。

“我们的飞机载货量不如塞斯纳208，但成本较低，一天中可以在当地继续飞多条航线，扩大该地区的物流配送范围，然后同样可以在晚上返回基地，”梅里尔说。“不需要机场或充电基础设施，”阿桑特补充道。

Elroy Air公司货运无人机的目标用途还包括人道主义救援，用于向偏远灾区提供紧急救援物资，减少运输时间并最大程度地降低人员生命危险。无人货机拆解之后可装在一个20ft标箱里进行运输。

全尺寸原型机预计将“在未来几个月内”实现首飞，飞行包线拓展试飞预计将持续到2020年初。Elroy Air公司计划在FAA法规第23部分的飞机和第27部分的旋翼机适航性规则下对该机进行适航性认证。目标是联合美国国内和海外的几家物流企业在2020年推出第一个航空物流系统。

在Catapult Ventures， LevitateCapital和其他科技投资基金的支持下，Elroy Air考虑成为一家扮演飞机制造商和代表托运人运营飞机的物流企业两种角色的公司。阿桑特说：“在成熟的公路货运市场，有物流企业和卡车制造商。在无人航空货运市场，既没有运输公司也没有设备制造商，因此我们有机会在两方面都学到些新的东西”。

制造商积极研发货运无人机

就在几年前，大型无人货机看起来还是几十年后的未来事物。但电商业务的增长和对快速配送的需求促使初创公司开始研发无人货运飞行器，他们的目标是最早在2020年开始投入使用。

总部位于加利福尼亚州的Elroy Air公司和Natilus公司的小尺寸技术验证机不久之后即将进行试飞，该州的另一家创业公司Sabrewing Aircraft公司希望今年秋天能夠开始试飞其65%比例的技术验证机。

2018年10月，中科院试飞了一架载重3，300lb的无人货机AT200。该机是在新西兰太平洋航空制造的P-750XL通用涡桨飞机的基础上改造而成，2018年12月，中国快递企业顺丰速运用TengoenTechnologies公司的TBO01中空无人机进行了应急物流测试，这家年轻的中国飞机制造商已经公布了一种采用8个涡扇/涡桨发动机的无人货机研发计划，这种无人机将能够搭载超过20t货物飞行7593km。甚至连波音公司也加入了竞争，试飞了一架电动垂直起降货运无人机的原型机。

这些初创公司正吸引着各方投资。总部位于加州里奇蒙德的Natilus于2018年11月完成了第二轮种子基金的融资，投资者包括航空航天加速器StarburstVentures等。去年12月，总部位于旧金山的Elroy Air公司获得了由空中交通投资者Levitate Capital领投的460万美元的种子基金。总部位于卡马里奥的Sabrewing公司宣布即将完成天使轮融资，由Drone Fund基金领投，金额为“100万美元差一点”。

以上融资的金额和公司都很小。尽管业界近年来的工作都聚焦在小型的包裹递送无人机上，并且就在不到5年前，大型货运无人机看起来还遥不可及，但大型货运无人机正成为关注重点。

Natilus公司成立于2014年，目标是为跨太平洋，跨大西洋和欧亚航线创造一种新的“介于空运和海运之间的运输方式”，Natilus公司创始人兼CEO阿列克塞·马特俞谢夫表示，无人空运很快变成现实但价格昂贵，海运便宜但速度较慢。Natilus公司正在寻求第三种选择：一种大型货运无人机，运载量和航程与波音-747相当，但费用只有其一半。这种飞机使用涡桨发动机来降低燃料成本，它的速度会更慢，只有Ma0.4，但仍比船快许多。

作为第一步，该公司已经制造了一个起飞重量2200lb，翼展30ft小尺寸技术验证机，现正准备在旧金山北部的圣巴勃罗湾进行试飞。Natilus公司最初的想法是让它的无人货机在水上起降，在海上飞行，这会使得认证更容易。“当我们开始时，监管环境并不像现在这么好，但在过去的一年半里，FAA已经迈出了巨大的一步，”阿列克塞-馬特俞谢夫说。通用原子航空系统公司正在认证其“捕食者”无人机，Natilus公司将会跟进。

目前，原型机是水上飞机有一些优点。“FAA的试飞机场太贵了。在水上起降让我们能拥有自己的试飞空间，”阿列克塞-马特俞谢夫说。

原型机由一台“Rotax 912”活塞发动机提供动力。对于更大尺寸的飞机，该公司考虑的选项包括涡桨发动机或涡扇发动机。虽然Elroy Air公司和Sabrewing公司将使用油电混动系统，但Natilus公司不会使用电推进技术。“我们不认为电推进技术适合大型货机，”他说。

Natilus公司的下一种飞机是一种地面起降的翼身融合飞翼。电商货运量的增长意味着货机在达到其重量限制之前通常会先耗尽货仓空间，翼身融合飞翼提供的货仓空间将增加30%。”该公司的最终目标是拥有1 00架波音-747/777大小、载重100 - 120t的跨太平洋无人货机。他们也在考虑制造一种同波音-767大小、载重40t的无人货机。但他们的首个产品将是起飞重量20，OOOlb，载货3.5 - 4.5t的中小型支线货运无人机，由普·惠集团加拿大公司的PT6A发动机提供动力。这种飞机可以通过FAA修订后的第23部分规则进行认证，他说。

该公司正在开发自己的自动驾驶仪。初期的原型机将采用远程遥控飞行，后续可逐步添加自主飞行功能。最终的目标是让一名地面飞行员管理多达5架无人机。大型无人货机将比商业航班飞得更低更慢，但仍将分享空域，因此必须配备能够观察和避免碰撞的设备。

马特俞谢夫期待看到大型无人货机在主要货运枢纽运营，比如阿拉斯加的安克雷奇机场等，货运航班在这里占绝大多数。他认为，初期的空中交通管制问题可以按现有流程进行。他指出，空管部门为了使“全球鹰”无人机能够进行远程飞行专门制定了相关规则。Natilus公司计划在2020年试飞中小型支线无人货机，并在3-5年内获得FAA认证。种子基金将支付原型机的研发费用，并计划在数月内进行A轮融资。“我们的资金状况良好，”他说。

Elroy Air公司成立于2016年11月，起初瞄准的是电动垂直起降空中出租车市场。“但我们逐渐意识到载客的无人机通过认证需要的时间很长，因此我们决定从制造类似尺寸的货运无人机人手，这样可以更快地进入市场，”Elroy Air公司联合创始人兼CEO大卫·梅里尔说。

Elroy Air公司的货运无人机采用串列双翼设计，机腹下有一个货运吊舱，六个升力螺旋桨用于垂直起降飞行，还有一个用于向前飞行的推进螺旋桨。这款无人机有着150lb的货物运载能力，并采用可放大尺寸的设计。该公司的目标是政府客户及物流企业“这需要150lb的有效载荷和约241km的飞行半径。这样的参数覆盖了需求文氏图的重合区，能满足这两类客户的使用需求，”他说。

例如，“那些由于地形因素使得卡车无法到达，或着卡车路线效率低下的地方”，大卫-梅里尔说。他举了一个距离161km从仓库到客户的路线作为例子，沿途几乎没有其他站点。一辆卡车花半天的时间开车去一个物流点，卸下几十个个包裹，装上要运回的包裹然后返回。这不仅耗费大量时间，而且从物流点回来的时候车子基本是空跑。”

这种路线使用货运无人机就很有意义，特别是结合使用Elroy Air公司计划推出的用于货物装卸的地面机器人的时候。飞机将自动拾取装好货物的吊舱，执行飞行任务，在目的地将货物吊舱放下，并拾取需要取回的吊舱。“我们不需要很多人参与其中，”梅里尔说。与Natilus的概念一样，Elroy Air公司的计划也是一名飞行员负责多架货运无人机。

Elroy Air公司正在制造一个小尺寸技术验证机来验证空气动力学和控制设计。但该公司已经在旧金山南部半月湾机场的一个安装在卡车上的测试平台上测试了全尺寸的升力系统“铝制猎鹰”一包含螺旋桨，电机和控制器。这让他们能够测量升力和噪声，后者非常重要，因为该机预计将在城市地区飞行。单个螺旋桨达到了预期升力，噪声仅比环境噪声“高出几个分贝”。螺旋桨是变距桨。这能够实现更大的直径，因此它们可以转得更慢，这降低了噪声。“而且，最重要的是，这为我们在供应链方面提供了更多关于电机的选择，”梅里尔说，“采用定距桨的电动垂直起降飞行器需要“非常强劲”的电机。

小尺寸验证机的地面测试将于3月初开始，Elroy Air公司希望在3月底之前进行首飞。全尺寸飞机将在2019年夏末推出。基于监管环境考虑，Elroy Air公司首先瞄准国内政府客户，然后是海外客户，然后是国内商业货运客户。“乐观地预计，我们将在2021年开始为政府客户服务，”Elroy Air公司联合创始人兼工程副总裁克林特·柯普说，但给海外客户的交付可以更早开始。

Sabrewing公司正采取不同的方式進入市场。第一步，他们正在建造“Draco-2”无人机，这是一种65%尺寸的技术验证机，设计航程可达9300km，将参加太平洋无人机挑战赛。为了获胜，这架30ft翼展的无人机必须从日本东北部的仙台飞往硅谷的莫菲特机场，直飞8300km.中途不降落不补充燃料。日本的iRobotics是另一家参赛者。

“Draco-2”也是Sabrewing公司计划开发的全尺寸无人货机“Wyvern”的技术验证机。Sabrewing公司首席执行官埃德·迪·雷耶斯说，该机在尺寸，成本和速度方面与“塞斯纳208”和Quest“科迪亚克”相似，但有效载荷几乎是其2倍。“Wyvern”将采用油电混动系统，2台汽油机驱动发电机，为四个涵道中的八个风扇提供动力。

全尺寸飞机将是垂直起降的（Draco-2不是）。“这是我们打算占领市场的方式，”迪·雷耶斯说。“Draco-2”将以重载状态进行超短距离起飞，然后垂直降落在目的地。它将服务于与“塞斯纳208”和Quest“科迪亚克”相同的市场，飞行400 -1500km.在偏远村序降落。”

Sabrewing公司参赛的“Draco-2”无人机有1 8个赞助商，他们为“Draco-2”提供了各种材料和设备。其中包括赞助复合材料的Tencate，赞助卫星通信的Cobham公司和Inmarsat公司，赞助自动驾驶仪的Cloud CapTechnology公司和赞助激光雷达传感器的Attollo Engineering公司，还有为防撞系统提供赞助的，包括lris Automation公司的摄像系统和uAvionix公司的自广播式自动相关监视（ADS-B）系统。

“除了主要的赞助资源外，我们有制造飞行器所需的一切，”德·雷耶斯说。Sabrewing公司正在制造一个风洞模型，即“Draco-1”，之后将开始制造参赛飞机。初步测试计划在俄勒冈州温泉市进行。航程测试将在阿拉斯加的荷兰港到俄勒冈州的蒂拉穆克之间进行，这两个地方都是泛太平洋无人机系统测试场综合体的一部分。该公司预计将在2019年秋末用“Draco-2”无人机尝试跨太平洋挑战飞行。

（李韵编译自AW@ST，2019-2-11）