世界"首架"开创性的“浮空飞行”无人机
来自南安普顿大学的工程师们利用他们的专业知识成功地将一种新型的无人驾驶飞行器（UAV）进行了首次飞行。凤凰号长15米，翼展10.5米，重量只有120公斤，是世界上第一个大型的可变浮力无人驾驶飞行器。它看起来像一个超大的飞艇，只是它有翅膀，它不需要燃料，因为它的机翼和尾部带有太阳能电池板，可支撑它在空中停留数天，数周甚至数月。
这种超长续航能力的无人机有一半时间是作为一架比空气重的飞机，另一半时间是作为一个比空气轻的气球。这种可变浮力的结构就能够轻松实现飞机的上升和下降，并在高达70,000英尺的高空也完全自给自足。凤凰号预期的用途就是作为伪卫星，而飞机与气球两种模式之间反复转换时，往飞机后通风口排气的过程，为它提供了唯一的推进来源。根据一个由英国创新航空技术研究所联合中小企业、高端制造业和高校批准的项目，这种超长航时飞机使用的可变浮力推进概念以前曾被开发用于水下遥控飞行器（ROV）。苏格兰海洋科学协会（也是UHI的一部分）有一小部分远程操作的飞行器，他们称之为滑翔机，用来收集北大西洋的数据，但空气的密度远低于水，因此在大型飞机的推进上使用还从未成功。
高地和群岛大学（UHI）的Andrew Rae教授，是Pheonix项目的首席工程师，他领导了其空气动力学设计。凤凰号机身由聚芳酯纤维的编织材料制成，可充约120立方米的氦气，能提供足够的浮力使整个飞机漂浮起来，并像气球一样上升。机身内有一个6立方米的副气囊，位于气囊口的气泵可以从外部吸入和压缩空气，从而增加飞机重量（不排除氦气）来克服浮力。当它转换成比空气重的模式时就可以像滑翔机一样下降，而通过释放机身内压缩的空气，就可以恢复成轻于空气的结构，这个过程是可重复的。这种在比空气更重或更轻之间快速切换的“呼吸”的能力，不仅使飞机上下起伏，还是推动它前进的关键。同时，这种准飞艇形状加上机翼，这意味着当飞机向前移动时，它也像机翼一样提供升力。无人机的升力/浮力矢量在飞行轨迹上向前的分量，以及压缩空气通过后向通风口排出提供的一个推力，就能推动飞机向前飞行而不需要任何其他形式的推进器。
在南安普敦大学能源技术小组负责人安德鲁·克鲁登教授和他的同事、副教授理查德·威尔斯博士的指导下，工程师们将一个可充电电池用来给无人机提供驱动泵、驱动阀门和移动飞行操纵面所需的能量。而电池组则由分布在凤凰号的机翼上表面和水平尾翼上的一组轻质、柔性的太阳能电池来充电。“南安普敦大学工程学院的研究小组为这种无人驾驶飞机开发了一种特殊的锂离子电池组，能够在高空中各种温度范围内工作，并将电池组的状态与自动飞行控制系统进行传输”克鲁登教授解释说，“电池的初步设计是从柔性光伏阵列中捕捉和存储足够的能量，以便在夜晚为无人机供电，以及在恶劣天气和紧急情况下，也具有一定的安全裕度。”
“这个项目是所有合作伙伴的一次实质性的合作，它见证了大伙经过近30个月的设计、制造、组装和测试并成功飞行后的成就感。”克鲁登教授继续说，“预计这种独特的无人机将为全球通信、监视和人道主义任务提供持久驻空、零碳排放的伪卫星建设提供一条成本更低的路线。”
2019年3月，在全自主飞行控制系统的指挥下，原型机在超过120m的距离（朴茨茅斯特拉法加码头室内飞行场地的长度）成功地反复飞行，在室内飞行试验期间，每次飞行进行了大约5次模式的转换。机身通过内部压力保持其刚性，飞机表面结构有碳纤维板的肋骨、碳纤维翼梁和轻质蒙皮。机翼上有一对副翼，十字形尾翼上有一对方向舵和升降舵。并且可逆氢燃料电池已经开发出来，可以增强未来版本的能源系统。凤凰号的团队正在探索与主要制造商的合作，以将该技术带入下一阶段。
像南安普敦大学这样参与研究的高等学府还有布里斯托尔大学（碳纤维机翼和尾翼结构、机翼蒙皮和吊舱）、高地和岛屿大学（平台和飞行控制表面设计）、纽卡斯尔大学（可逆氢燃料电池）和谢菲尔德大学（风洞试验）。
凤凰号的其他合作伙伴都是些中小型企业：Banks Sails（机身材料和加工制造）；TCSMicropumps（泵和阀门、计算机辅助设计和飞行控制执行机构）；Stirling Dynamics（飞行控制系统）。IQE PLC公司则负责柔性光伏电池技术的发展。英国三个制造发射器的高产值公司也参与其中：The Centre forProcess Innovation（项目管理和光伏电池）、The Manufacturing TechnologyCentre（飞行控制系统和硬件测试）、The NationalComposites Centre（碳纤维机翼和尾翼结构、机翼蒙皮和吊舱）。
设计可无限期飞行的创新型飞机普利茅斯的凤凰号。图片：UHI
这个造型的飞行器，国内浮空界应该不陌生吧，10年前西工大搞浮升一体飞行器就有样机试飞，只不过比这个小一些。只能说标题有点夸张了，显然不是开创性的。小的样机都好做，一旦比例放大，高度上升，难度指数级陡升……