作者：Lauren Nagel
如今，无人机似乎无处不在——配送包裹、检查建筑物、拍摄电影，以及更多用途。
随着它们变得越来越常见，能够识别不同类型的无人机会非常有用。
本指南将帮助您区分不同类型的无人机和无人驾驶航空器。
本文将探讨：
- 无人机定义（UAV、无人机、UAS 与 RPAS）
- 固定翼、旋翼和动力升力无人机
- 动力来源（电力、太阳能、燃气、混合动力、氢能和激光充电）
- 直升机、四旋翼机、eVTOL 等无人机类型
图 1：DJI Mavic 3 Pro 四旋翼无人机作业（来源）
1. 无人机定义 (UAV、无人机、UAS 与 RPAS)
《无人机》在《梅里亚姆-韦伯斯特词典》中被定义为“由遥控或机载计算机控制的无人飞机或船只”。
它与“无人驾驶航空器”（UAV）互换使用，两者的定义相同。
称该航空器为“无人”，严格来说是指飞行员不在机上，因为载客无人机已被证明是完全可行的。当我们开始讨论 eVTOL 时，情况会变得稍微复杂一些，但我们将在后文部分介绍。
需要注意的另一点是，“无人机”和“UAV”通常仅指航空器本身，而还有其他术语包含使无人机飞行的所有组件：UAS 和 RPAS。
UAS（无人驾驶航空系统）被定义为“由无人驾驶的航空器及其相关组件”。
RPAS的定义更为详细，是指“遥控驾驶航空系统，包括其相关遥控驾驶站、所需的指挥与控制链路，以及型式设计中规定的任何其他组件”。
根据国际民航组织（ICAO），两者的主要区别在于，在实际操作中，UAS必须获得特殊的空域安排，并与其他航空器保持距离，而RPAS则可以与载人航空器一起整合进空域。
两者的技术区别在于，RPAS只能从遥控驾驶站（RPS）驾驶，而UAS可以从RPS或地面控制站（GCS）驾驶。
2. 固定翼无人机、旋翼无人机与动力升力无人机
与载人航空器类似，无人机可以根据其产生升力的表面结构进行分类。
固定翼无人机
图 2：AeroVironment 的 JUMP 20 固定翼无人驾驶航空器（来源）
首先，顾名思义，固定翼无人机的机翼是固定的，与无人机机身相连。它们可能具有可转动的控制面，如副翼和方向舵，但机翼本身是固定的。图 2展示了这样一个例子，即AeroVironment的 JUMP 20 ，它采用独特的设计，将垂直起降（VTOL）能力与固定翼的效率相结合。在此系统中，升力在前进飞行过程中由机翼的空气动力形状产生，而专用垂直旋翼则可实现悬停和起飞，无需跑道。
固定翼无人机的优点是，其空气动力形状使其能够长时间保持飞行，因此可以覆盖大面积区域并具有良好的能源效率。这非常适合需要无人机连续飞行数小时或数天的任务，例如监视和气候监测。
延伸阅读：比较无人驾驶航空器的动力系统
主要缺点是操作人员的学习曲线陡峭、起降所需的空间充足，以及它们无法原地悬停。
旋翼无人机
对于旋翼无人机，旋翼叶片绕中心桅杆旋转，将空气向下推动，从而产生使航空器升空的垂直升力。所有垂直起降（VTOL）航空器都属于这一类别，包括小型和大型直升机以及多旋翼机。旋翼无人机可能采用单旋翼，甚至最多可采用16个以上的旋翼来产生推力。
旋翼无人机的优点是它们最初更容易操作，并且可以原地悬停，从而能够胜任各种用途。基础型号也相对便宜，因此对于想要进入该行业的人来说，小型旋翼无人机是一个很好的起点。
主要缺点与它们的飞行时间短有关，因为向上和向前产生推力需要大量能量，从而限制了飞行器的航程和续航力。
动力升力无人机
图 3：Skywalker X8倾转旋翼无人机（照片来自taobao.com）
动力升力无人机处于固定翼无人机和旋翼无人机之间一个迷人的中间地带，结合两者的特点来完成飞行。
旋翼用于VTOL式起降，一旦升空，航空器便切换为固定翼式的前进推进。因此，它们既受益于旋翼无人机对空间要求较低的特点，又拥有固定翼机型更优的空气动力性能和效率。
动力升力无人机有几种类型，即倾转旋翼机、倾转翼机，以及采用两组垂直排列旋翼的无人机。
对于倾转旋翼无人机，旋翼本身会旋转，以便在飞行过程中从垂直推力切换到水平推力。Skywalker X 8 VTOL就是一个很好的例子，它采用三个旋翼在直升机模式和固定翼模式之间切换。
设计略有不同的倾转翼航空器在飞行中会经历更剧烈的转换，因为旋翼固定在机翼上，因此在从起飞到前进飞行的转换过程中，整个机翼都会发生旋转。
倾转旋翼机和倾转翼机也被称为变型飞机，因为它们可以从一种配置转换为另一种配置。
第三种类型是指使用垂直排列的旋翼组进行起飞和前进飞行的无人机，两组旋翼都不旋转或改变位置。在这种情况下，一组旋翼仅用于起飞和降落，而垂直排列的另一组旋翼仅用于需要前进推力的飞行阶段。
虽然动力升力无人机似乎兼具了两者的优点，但其设计相当复杂，这解释了为什么它们并不常见。设计一个能够在保持稳定的同时进行配置转换的系统 极具挑战性，但一旦实现，就会得到一款功能高度多样的航空器。
3. 动力来源 - 电力、太阳能、燃气、混合动力、氢能和激光充电无人机
如今市场上大多数旋翼无人机采用锂离子聚合物（LiPo）电池提供的电力作为动力，不过许多新的动力来源正在被探索。
电力 / 电池供电无人机
LiPo电池可充电且重量轻，因此从设计角度来看非常理想。这是无人机最常见的动力来源，我们将在LiPo电池指南中详细介绍。
太阳能也被用作电力来源，太阳能电池板安装在无人机的上表面。这一理念可能会彻底改变该行业，因为只要太阳一直照射，它就能有效消除飞行时间的限制。
尽管如此，太阳能电池板需要很大的表面积，并且几乎完全用于固定翼机型。
新加坡大学的一个工程团队制造了一架完全由太阳能供电的四旋翼无人机。该设计除了太阳能电池板和旋翼本身外几乎没有其他部件，但它仍然是一款令人印象深刻的飞行器。
燃气动力无人机
在光谱的另一端，燃气动力无人机已成为执行远距离任务的重要参与者。
虽然电动机比内燃机更高效，但汽油的能量密度约为LiPo电池的50倍，因此保持了能源优势。
燃气动力无人机有几种可能的燃油选择，例如无铅汽油、两冲机油、硝基汽油和柴油。
大多数燃气动力无人机采用固定翼配置，因为它们更容易容纳更大的发动机。其空气动力形状产生如此大的自然升力，因此只需要很少的燃油即可实现数小时甚至数天的飞行时间。
在一次打破纪录的飞行中，Vanilla Unmanned的柴油动力VA001无人机不仅连续飞行了整整五天，而且降落时，他们发现机上还有足够再飞三天的燃油。
到目前为止，燃气发动机在旋翼无人机中并不常见，因为需要更重的发动机和燃油系统。
图 5：VA001柴油动力无人机（照片：vanillaunmanned.com）
此外，它们可能会产生噪音，并且需要点火启动发动机。尽管如此，一些机型正在开发中，例如Goliath四旋翼无人机，它使用单个燃气动力发动机为四个螺旋桨供电。
混合动力无人机
第三类无人机已经出现，它不仅拥有一个，而是两个动力来源。混合动力无人机正在改变游戏规则，并可以采用不同的配置，例如汽油/电池供电或电池/太阳能供电。
这些飞行器的性能无与伦比，它们已经在旋翼和固定翼航空器领域打破了各种纪录。
Pipistrel的Nuuva V300就是一个很好的例子，它采用混合电推进系统，将电池供电的垂直升力与用于巡航飞行的节能内燃机相结合。创新设计使该航空器能够实现超过2500公里的惊人航程，同时可携带多达300千克的货物，与传统直升机相比，显著降低了运营成本。
图 6：Nuuva V300于2025年1月成功首飞起飞
即将推出的还有PHASA-35的概念验证，这是一款高空长航时（HALE）混合无人机，宣传称其在平流层中的飞行时间可达一年。该无人机白天使用太阳能，夜间使用电池供电，并配有35米的翼展以提供充足的升力。无人机开发人员认为，该无人机可以承担目前卫星的许多功能，例如电信网络配送、天气监测和监视。
氢能和激光充电无人机
另外两种值得一提的动力来源是氢燃料电池和飞行中激光充电电池。
氢燃料是一种清洁且能量密集的动力来源，在无人机、航空和通用运输行业具有巨大潜力。
Heven开发了多款氢动力无人机，但Raider是其最新的无人驾驶航空器。它于2025年2月11日在阿布扎比的IDEX上首次亮相，采用氢燃料电池系统，可实现长达8小时的连续飞行。其模块化设计可满足广泛的应用，包括货物运输、监视和应急响应，为长航时无人机树立了新标杆。
图 7：Heven的Raider 氢动力无人机 (来源)
无人机激光充电是一项自2012年起就已出现的激光技术。最近，中国西安咸阳西北理工大学的一个研究团队展示了他们的激光充电无人机，它能够无限期保持飞行。他们使用“智能视觉跟踪算法”使激光束始终对准无人机，使其永远不会断电。
4. 无人机类型
既然我们已经了解了无人机的分类方式，现在来看看一些现有的具体无人机类型。
四旋翼机、六旋翼机和八旋翼机
多旋翼无人机或许是无人驾驶航空器中最广为人知的形式，配备紧凑机身、多个机臂和高转速螺旋桨。
它们有各种尺寸，并根据旋翼数量命名：quad = 4个旋翼，hexa = 6个，octo = 8个。按照同样的规则，一个拥有16个旋翼的无人机将被称为十六旋翼机。
图 8：Inspired Flight IF800 Tomcat中等升力四旋翼无人机
单旋翼配置在给定垂直截面中只有一个旋翼，而共轴配置有两个，可以是完全重叠或部分重叠。
许多无人机采用目视视距（VLOS）飞行，飞行员在整个飞行过程中都能看到飞行器，并根据观察结果进行控制。其他无人机则采用第一人称视角（FPV）飞行，无人机上的摄像头将画面传输至FPV眼镜或显示器，飞行员便可从机载视角远程操控无人机。
延伸阅读：无人机设计计算与假设
直升机无人机
直升机无人机曾是无人机行业中的小众细分领域，如今需求日益增长，预计到2027年，其市场规模将达到110亿美元。
直升机无人机采用与载人直升机相同的原理，使用单旋翼或共轴双旋翼产生垂直升力，并配合尾桨抵消扭矩。与多旋翼无人机一样，直升机的一个优势是几乎可以在任何地方起降。
不过，无人直升机比较独特，除极少数电池供电的微型机型外，许多都采用燃油驱动。当然，也有例外，例如AeroVironment公司的VAPOR 55直升机，它完全采用电力驱动，可承载高达10磅的有效载荷。
直升机无人机对社会的一大重要益处，在于其有望在危险任务中取代人类。
载人直升机在搜索与救援、灾难救援、消防支援等任务中发挥着重要作用，这些任务通常需要在地形复杂、飞行条件可能恶劣的环境中进行。
无人直升机有望改变这一现状，为无法进入的地区运送物资，在烟雾或大风环境中飞行，甚至将人员从危险环境中撤离。这一切都不需要派遣人类团队深入现场。Laflamme Aero的LX300直升机正是为此而设计，可在恶劣天气中飞行，有效载荷高达90千克，足以承载一名普通成年人。
eVTOL飞行器
电动垂直起降（eVTOL）飞行器类别涵盖所有电力驱动的垂直起降飞行器，但本文将重点介绍该行业中规模庞大且竞争激烈的细分领域：城市空中交通（UAM）。
这种新型交通方式有望减少与交通相关的排放并缩短通勤时间，充当一种空中“优步”。
因此，各家公司正展开激烈竞争，力争率先设计并制造出安全高效的eVTOL飞行器，用于城市地区的载人运输，Archer、Joby Aviation、Lilium和Vertical Aerospace等公司处于领先地位。
Archer的Midnight eVTOL飞行器可搭载一名飞行员和四名乘客，最大航程达100英里。
如果一切顺利，到本世纪末，许多主要城市都可能推出eVTOL出租车服务。
图10：Archer Midnight eVTOL（图片来源：Archer官方网站）
在eVTOL类别中，既有纯电动飞行器，也有混合动力eVTOL飞行器，后者最常采用电池与燃油混合供电。由于电池技术仍处于发展中，尚无法独立支持长时间飞行，因此混合动力飞行器在UAM领域占据重要地位。
例如，Bell Nexus 4EX可采用电池或混合燃油-电力驱动，在充电之间提供更大的灵活性和更长的飞行时间。
不过，该行业的主要驱动力是提供更可持续的交通解决方案，因此许多公司仍将研发重点放在实现完全电动化上。
eVTOL飞行器也可以采用混合式设计，即支持可选飞行员模式，这意味着它们既可由机载人员手动操控，也可远程操控，或预先编程执行飞行任务。随着人们逐渐习惯乘坐无人机在城市内部出行，这种多功能性将大显身手，同时也提供了一定程度的冗余保障。
高空长航时（HALE）
HALE无人机因其能够执行高空长航时（HALE）任务而得名。
简单来说，“高空”无人机的飞行高度预计将超过60,000英尺，“长航时”飞行则有望持续数天、数月甚至数年。
许多HALE无人机旨在用于军事用途，可执行长期监视、情报和侦察任务。其他机型则可作为亚轨道或准卫星使用，执行天气监测和通信网络部署等任务。
图11：RQ-4 全球鹰（图片来源：美国空军官方网站）
迄今为止，应用最广泛的HALE飞行器或许是诺斯罗普·格鲁曼 RQ-4 全球鹰，它采用罗尔斯·罗伊斯AE 3007涡扇发动机，主要由美国空军（USAF）使用。
它可在60,000英尺高度连续飞行超过32小时，主要用于上述军事用途。
自主无人机
随着自动化和人工智能日益普及，这项技术也已应用于无人机和无人航空器（UAV）。这使它们能够利用先进传感器进行导航并自主做出决策，无需飞行员操控每一个动作。
Skydio是一家专注于无人机行业自主技术的美国公司。其无人机利用机载计算机和预训练的人工智能引擎来感知并理解周围环境。操作人员只需选择目的地，无人机便会规划出最佳路线，并自动调整高度以保持与地面的恒定高度，同时避开障碍物。这些无人机甚至可以在狭窄且可能存在危险的室内环境中导航，因此可用于检查、监视、搜索与救援等任务。
图12：Skydio X10自主无人机停机库（图片来源：Skydio官方网站）
结论
我们希望本文能让您更深入地了解无人机行业的多元化。该领域仍面临诸多挑战，例如获取政府认证、克服设计局限以及赢得消费者信任。
随着大量研发工作正在推进，这些飞行器很快就会变得更大、更好，为社会提供更持久的服务。
延伸阅读：无人机风洞测试的未来