中国无人机“老炮儿”回忆录

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中国无人机“老炮儿”回忆录

2020 年 4 月 2 日 CSDN

整理 | 夕颜

采访嘉宾 | 刘宾，通飞航空总工程师 / 飞行教员

出品 | CSDN（ID:CSDNnews）

今天的采访嘉宾有些与众不同，在我的印象中，这是一位不原意用“中国式”讲话与人沟通的人，因为费劲，也只有在回答起问题时的专业和认真，才会让人把这个看似语气随和的人，与从事无人机研究二十多年的资深专家对号入座。

刘宾，毕业于天津大学，目前是沈阳天硕航空科技有限公司总经理、深圳通飞航空总工程师、民航局 UAS 飞行教员，1997 年开始无人机设计工作，系“复合式共轴双桨直升机”政府科技项目负责人，已拥有“小型油动多用途直升机”、“流线运动型直升机外观设计”、“仿生学飞行机器人”、“复合式共轴反桨直升机”等二十余项国家专利。除了这些，刘宾还是第十三、十四、十五届政协文史委员会委员，中国工业博物馆顾问，沈阳工人村生活馆的研究员，新华书店晚八点特约讲师，等等。

这些让人眼花缭乱的身份和荣誉，不禁让人想象他的工作和业余生活一定是丰富多彩的，也彰显着他在航空领域的丰富经验。

刘宾说，这次采访勾起了他很多回忆，不知不觉间回答很多，从十多岁初次接触到无线电遥控直升机，到如今立志投身无人机科普教育，他细细回忆了自己在这一段时间里与中国无人机发展史同轨而行的岁月。

忆峥嵘岁月，见证中国无人机从无到有

刘宾几乎见证了中国无人机从无到有的过程，而他自己，也是推动着中国无人机技术和应用史车轮向前滚动的一份子。按照时间轴，刘宾的成长轨迹与中国无人机的发展历程交相重合。

刘宾介绍道，中国自研无人机始于新中国，当苏联援助的拉 17 靶机从中国撤走之后，中国开始走向艰苦的自研之路。

1966 年 12 月，中国第一架无人机“长空一号”首飞成功。

1978 年，经过漫长的 12 年，中国成功仿制美国火蜂无人机，更名为“长虹一号”。

当这段历史的坐标定格到刘宾个人，便是他从 1997 年开始着手无人直升机平台的改进及研发工作的开端。

之后，无人机的技术也在逐渐成熟，引起各国国家层面重视。

20 世纪 90 年代末，美国开始财政拨款大力支持无人机研发，中国紧随其后，2003 年左右陆续推出了植保直升机，架线无人机及军用转信中继无人机，其中转信中继无人机还在北京奥运安保中得到了应用。而这些项目，背后都有刘宾的主持设计。

在这段时间，刘宾创建了沈阳通飞航空公司，为野战部队、消防部门设计过若干工程用无人直升机，其中很多项目被政府立项支持。

2004 年，刘宾受中科院邀请，参加到中国的无人机平台设计团队。当时，国际上主流的无人机技术方向有无人机的空中加油、无人机舰载着落、无人机的集群及编队重组技术、由无人机指挥无人坦克进行的无人机化数字化战场构建等……

这其中很多技术在十余年后的今天都已经实现，比如现在大家看到的几百架飞行器在空中变化队形、组成图案，就是编队重组技术的应用，X-47B 也已经实现了舰载起飞。

2010 年 11 月，刘宾与天津大学组建成立了无人机联合研究室，担任副主任职务。

2008～2011 年，刘宾和他的项目组利用多年来的技术积累，设计出了飞行更加稳定，任务载荷更大的共轴式无人直升机结构，并得到了航空业内专家的支持，该机型目前正与无人机工程技术中心合作，进入了定型阶段。

而在 2010 年后，相对困难的直升机控制技术也成熟起来，也是在这几年时间，四轴飞行器在中国从玩具升级成了可以搭载运动摄影机的飞行照相机。

2011 年 9 月，刘宾主持设计的复合式共轴反桨直升机在国际无人机设计大赛上获得了佳绩，是唯一获奖的民营企业，受到了极大的肯定。

2013 年，刘宾主持设计的无人机在第二届国际无人飞行器创新大赛中获得实用性比分第一名的成绩。

到了 2015 年，四轴飞行器遍地开花，这些消费型无人机的成了国内外运营厂商利用高科技融资的工具，为无人机概念在中国的发展创造了客观条件，很快消费市场日趋火爆，飞行安全及管理问题也应运而生，为使其持续、健康的发展，国内正式出台了无人机驾驶员证照管理制度，刘宾成为国内首批无人机飞行教员，同时有 60 余件无人机设计作品先后被中国工业博物馆、沈阳科学宫、沈阳铁西区档案馆收藏。

同年，刘宾自己创建的沈阳通飞被通飞集团整体收购之后，有了相对自由的时间，编写了一些航空教程、文物收藏及地方史编撰工作。

这段时间，除了 7 公斤以下的消费型无人机外，中国的军用无人机“长虹”、“翼龙”、“绝影”、“利剑”也走向了国际舞台，引起了国内外对中国无人机技术的关注。

破釜沉舟，突破无人机技术难题

与中国无人机同轨而行，刘宾曾攻破过无数技术难关。

在无人机技术问题上，刘宾于 1966 年从可以垂直起降的直升机上开始入手。

第一个专利：30 级甲醇动力竞技直升机

由于当时国内还没有油动直升机的生产工厂，刘宾自己首先在对国外成熟的机体进行改进优化，并且思考研发新的机型。比如，最先接触到的日本生产的竞技直升机。这种国际 F3C 竞技比赛使用的正规飞行器，全套最低成本约合 1.6 万元人民币，磕坏的配件需要从国外定购，为了节省时间，刘宾开始手工制作配件，慢慢地又开始开模具做易损坏的直升机配件。

在制作竞技直升机的配件过程中，刘宾发现这种国外生产的遥控直升机本身仍存在一些问题，比如：控制飞行动作的拉杆部分，一根推拉杆的安全性差，剧烈飞行时容易造成飞行的意外。于是刘宾就开始计划设计更安全的双推拉结构直升机，筹措了大约 100 多万元，生产出了第一款 30 级甲醇动力竞技直升机，并申请到了他的第一个专利。这是国内最早的直升机量产品类。

刘宾早期的专利设计双推拉结构单旋翼直升机

后来，刘宾又设计量产了摔不坏的竞技直升机壳，采用泰国料制作的全包流线运动型直升机外罩，每套仅售价 50 元，而当时日本生产的竞技直升机的玻璃钢外罩每个售价在 1600 元。

从竞技飞行过渡到工程应用

在竞技飞行领域做成这件事后，刘宾开始思考向工程应用进发，因为毕竟技术要落地到工程应用中才算是真正有了用武之地。

他说道，他的研究方向从竞技飞行过渡到工程应用是偶然也是必然。2003 年，当时大连进行四环路线路改造，需要在原供电线路基础上再架设一条新的电缆，刘宾改装后的遥控架线直升机通过挂绝缘绳、合理布线等方法飞越了供电线路，执行了不断电情况下的架线作业。这是国产无人直升机第一次进行工程应用，同时也是国内第一次采用遥控直升机进行架线。

2005 年左右，国内有人提出可以将无人飞行器玩具化以谋求更大的经济价值，刘宾却更加坚定选择了将无人飞行器进行工程化的道路，尽管放弃了巨大的市场利润这块蛋糕，但他认定工程化应用更能解决飞行平台的结构核心问题。也可以说，无人机从竞技飞行过渡到工程应用，刘宾之前完成的设计和制作材料的选型加工过程，成为了后来无人机平台技术的基础。

做无人机的设计研发工作，遇到技术难关是常事。在工业级层面，他首先遇到的问题就是应用，刘宾生活在北方，最迫切的问题就是如何让无人机在每年春天 5-6 级常态的大风天中飞行。最有效、最有代表性的还是“共轴双桨直升机”。

“共轴直升机的抗风能力、任务载荷、操作的安定性都非常强，但共轴结构一直被俄罗斯所掌握，国内一直没有比较成熟的可变距共轴直升机结构，”他回忆道。

没有就自己想！

于是，从设计无副翼的论证机等，到图纸及样机的定型，再到筹集研发资金，尽管有了单旋翼布局直升机的量产经验，但这又是一次漫长的旅程。

在这款设计上，刘宾投进了身家性命，在共轴样机测试过程中，转速时高时低，甚至发生莫名其妙的坠机事故。就在痛苦不堪的时候，他突然发现了俄罗斯的卡系列共轴直升机的航向控制结构如果应用放在 40 公斤以下的无人机上也是会存在同样的隐患，也就是说俄式共轴直升机的变距原理应用在轻型无人机上是存在问题的！

如果继续按照传统的方法来走下去，就必然走入死胡同 。既然共轴有载荷优势，那就保留；航向控制有问题，那就改变更安全的尾旋翼转向工作原理。很快，这款具有两层主旋翼，带着尾旋翼的“不论不类”，不符合国际上共轴直升机概念的共轴直升机就诞生了。

说到刘宾目前为止最具有代表性的无人机设计作品是哪个，他毫不犹豫地回答说是复合式共轴反桨直升机系列，这是具有国际先进水平的同类无人机产品。

经科技情报所的技术查新，复合式共轴反桨直升机是国内首创，它改变了俄式共轴直升机通过桨距差控制航向的结构缺陷，可在结构上实现俄式共轴体积无法小型化的弊端，甚至还可使直升机在不炸桨的情况下安全完成伞降回收。

此外，采用共轴双主旋翼形式，以及复合尾桨设计（刘宾的专利技术）使安全和飞行的稳定性、环境适应性均有所提高。

servoheli-80X2 复合式共轴双桨无人机 | 图片已获授权

servoheli-260 复合式共轴双旋翼直升机设计图 | 图片已获授权

servoheli-260 复合式共轴双旋翼直升机成品 | 图片已获授权

servoheli-80X2 复合式共轴双旋翼直升机 | 图片已获授权

警用 servoheli-80cc 复合式共轴双旋翼直升机 | 图片已获授权

另外，这样的设计还使得在低空发动机熄火的情况下，可不依靠飞行经验就能使共轴直升机平稳着陆，提高了发动机熄火后迫降的生存机率，结构上的自稳设计，使直升机在低温条件下飞行，机械增稳也比电子增稳可靠，比如在零下 5 度，很多电子陀螺就已经出现失效的反应了，在燃料上也可以使用低成本的普通 93 号汽油，或者使用飞行过程稳定性更高、更环保的锂电池；姿态控制上无需复杂昂贵的飞控、平衡仪等电子设备即可进入悬停姿态，适合更多的中低端民用市场。军工客户因其姿态稳定，还可将现有的低成本且成熟的固定翼飞控技术进行移植，弥补目前工程固定翼监控无人机无法实现的低速、低空，且无法悬停的缺陷。

中国无人机技术生态并不完善

当国内无人机产品已经走向消费层面，看起来似乎它已经走进了普通人的日常生活中，但实际上中国无人机的技术生态现状如何呢？与国外相比，中国的无人机技术在创新性上究竟是什么水平？

对此，刘宾并不避讳地指出了中国目前在无人机技术上的不完善之处。

他分析道，这几年，无人机热高烧不退作为领先科技尖端产品的代名词，在媒体宣传中，消费级无人机正以高端技术低廉价格，满足了很多飞机迷的爱好。在概念热炒、资本热捧产业环境下，热点新闻和市场空间预期的驱动力已开始示威。但很多无人机厂商依然在不断抛出新概念与新功能，持续刺激消费，以大疆无人机为代表，很多微型飞行器已经在人们的生活中占据了一席之地。

然而，以法规的要求来定义，无人机是按照重量级别来分层管理的，媒体所说的无人机普遍为电动的多轴飞行器，大量山寨玩具充斥其中，它由四个旋翼构成，相互顺逆旋转，这样原理上就解决了直升机反扭距自转的问题，而通过控制电机的转速就可以调整航向和高度，将飞行器控制问题瞬间简单化。也是因为采用了方便的电机作为动力，也没有复杂的直升机结构，所以这款“无人机”一诞生就受到了消费者的喜爱。

这些多轴飞行器的重量很多都达不到七公斤，利用遥控器飞行，但是按照法规，这些 7 公斤以下的飞行器实际上属于体育局管理的航空模型，尚不属于民航局的无人机概念。

那么问题就来了，技术相近，未有核心技术创新的偏多，国内能够生产 40 公斤以上小型无人飞行器的企业更是屈指可数，将 7 公斤以下的航模称为消费型无人机也是现实中很无奈的一种叫法，也是我们缺乏航空法规和航空知识的表现。

刘宾还记得为《大疆无人机》写的序中，最后一句是:

大疆的经验在微型飞行器领域能给很多人以启迪，但无法复制。

另外，多旋翼并不是无人机的全部，消费级与工业级是两个完全不同的概念，除去制导、数据链安全外，任务载荷、留空时间、抗侧风能力都是目前多旋翼飞行器的弱项，还有很多行业是多轴飞行器无法涉足的，抛开 7 公斤以下的微型飞行器外，在微、轻、大型无人机领域，中国的无人机技术远没有媒体宣传的那么强大。

落地无法逃避政策和技术困境

任何一项技术的着陆点都是落地，没有落地场景的技术如枝上秋水，太阳一烘就干了。

无人机技术亦如此。在落地上，无人机技术现在和未来会面临哪些困难？

首先，是无人机相关的法律法规还有待完善。 刘宾说道，消费者和市场虽然接受和了解了多轴飞行器，但是对无人机还不完全了解。也可以说，经济和科技的发展跳空了思想，在各方准备得不充分的条件下，多轴飞行器横空闯进消费行列。

多轴飞行器技术控制门槛的降低，导致了无人机市场的混乱，才被动促使了法规的完善与警戒区电子围栏的形成。在无人机飞行管理方面，近几年出现的黑飞，影响航线飞行安全的肇事者所幸几乎都是这些微型飞行器。

其次，目前无人机起降场大多获批在乡村、偏远地区的隔离空域 ，这些地方的消费能力和城市相比有一定差距，在无人机与有人机的融合空域应用方面，肯定不如城市，难以真正落地、提升效益。

另一方面，无人机应用领域很宽泛，机器人在很多行业都能得到应用。但细化后的无人机技术设施的确还不够成熟 ，前期投入又很大，所以我们多能看到以此为噱头的表演，而不能真正进入实际应用。

比如无人机在外卖、物流等方面的确有应用场景，但这类应用回报期较长，而且技术和运营条件尚未达到，在较长一段时间内除了示范演示外，并不能达到很高的利用率。

目前来看，商业推广还无法逃避政策和技术上的巨大瓶颈。只有当融合空域成熟，大批量取得适航资质的无人机投入商用时，成本才会明显降低。故随着数量和运营密度的增加，边际成本才能下降。

刘宾坦言，国内无人机产业目前没有特别大的突破和发展。在技术层面，设计平台和应用领域是可以随着市场不断变化和调整的，单就技术来讲，在多轴飞行器闯出一片市场之后，产业化的无人机在平台方面还没有大的突破和发展，目前飞行器平台已经相对固化，稍微拓展的只能是无人机的视觉采集进化到任务互动方面，如无人机任务单元已经从单纯的飞行照相机进化到融入机械手臂与目标物通过伺服关节的交流互动等。

从无人机工作场景上理解 ，它所涉及到的平台和应用领域还是非常多，比如，可以将区块链等新兴技术运用到无人机控制上，以解决无人机信息被篡改、被转移等问题，让信息更安全；可以解决大数据存储问题，让数据更准确透明；可以使适航指令有效传递至各个无人机节点，实现实时通信；用安全分散的方式把每个任务终端联系起来，促使无人机云系统实现监管和服务交易同一，分享和私密同一；通过智能化地面和空中节点实现空中交通管理网络，可以应对紧急情况和自然灾害时的应急救援工作，等等。

无人机技术发展瓶颈和未来趋势

刘宾说道，现在国际上的无人机技术还亟待发展，即便是美国的无人机技术也是一直处于验证阶段。与有人驾驶飞机相比，无人机在使用中的不足，最重要的是依赖通信系统与离机操作员和分析员的链接。而其在人工智能方面还未达到替代有人战机的能力，事故率偏高，即使是新研制的共轴式直升机能够提高飞行速度、降低事故率，但也不能达到有人战机的能力。无人机主要是由地面人员控制，自主识别、电子产品的稳定性方面都受到限制，一旦导航信号被屏蔽、飞控计算机受到电子干扰后，没有人工对目标物的视觉判断能力，而且软件漏洞、通讯链路非常容易被攻击，这些都是无人机的技术瓶颈，有待突破。

刘宾认为，将来，无人机技术发展将呈现出以下趋势：

设计与制造技术数字化、一体化；
将大力开发新型旋翼系统研究；
复合材料与智能材料应用将更广泛；
航空电子系统向网络化、智能化方向发展；
光传操纵系统将逐步成熟并获得应用。

投身无人机教育，让孩子拥有独立和现代意识

曾经，刘宾也会攻坚阶段遇到瓶颈时害怕，但不是怕血本无归，而是害怕自己已经拥有设计思路的几款机型无法顺利研制，被美国抢了先。

但由于种种原因，刘宾的想法未能顺利实现。他曾经很苦恼，希望中国在这方面能够“真正地”领先世界。但当终于看到美国 S97 首飞的消息时，他却释然了。

“人类科技的发展无法以国界来阻隔，只要目标和结论是正确的，你做到和我做到，没有什么本质的区别。未来无人机将走向何处，人类文明将发生怎样的变化，我们都不知道。‘达则兼济天下’，我现在唯一能做的就是把科普教育做好，给孩子们正确的引导。技术只能推动科技，观念可以改变思维。我将以二十余年的无人机技术为中心，帮助孩子建立科学思维，让未来的青少年们能够共享我的经验，拥有独立意识和现代意识，这才是我在“退休”后，于 2016 年再创建天硕航空的根本宗旨，”相信像刘宾这样宽广的视野和胸襟，才是推动中国无人机不断突破、赶超的内在动力。

刘宾在录制无人机科普网络公开课

就像他在闲聊中所说的那样，他更喜欢用画画和“扯淡”，更轻松地将毕生所学教授给孩子们。

设计师永远没有“最后一件作品”

刘宾经常自嘲自己已“退休”，但也仅仅是自嘲，作为一位设计师，他永远没有最后一件作品。

尽管 2015 年-2018 年受到同业竞止协议的限制，刘宾无法透露自己的一些无人机设计想法，但这个行业，他从未离开。

他说，他的脑子里总是有很多设计思路，甚至是图纸，哪天想起来了就随手做一个小东西出来玩儿。比如，最近为了配合航空网络教学平台系统的运行，刘宾就设计制作了一个简易的跟随拍摄机器人，用的就是无人机光电平台的控制原理。

“也许某一天早上醒来，我就会开始一架新的直升机设计绘制。这取决于我的主观意愿，我从未放弃对无人机技术的关注和探索。在无人机科技研发的道路上，我一直在路上，我不会“休”，但我会‘退’。我喜欢在自己的精神世界里游走，勇敢地尝试。生活是有趣的，要做一个有趣的人，真诚，坦然，直道而行，”还有什么比一生追逐自己的梦想和理想更幸福的事情呢，刘宾年少时萌生的梦想之芽，已长成一颗参天大树。

【End】

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