“空中皮卡”诞生记

记者 付毅飞

　　让无人机像皮卡一样“皮实耐用地送货”，还要用上汽车混合动力技术——这听起来有些“疯狂”的构想，被中国航天科技集团十一院一支年轻团队一步步变成现实。

　　前不久，全球首款混合动力无人运输机——彩虹YH-1000S在重庆梁平成功首飞。这是继去年彩虹YH-1000首飞之后，十一院紧贴实际需求、快速迭代推出的全新机型。

　　“从布局低空无人运输机，到YH-1000S落地应用，我们走出一条从传统航空发动机到混合动力系统的技术跨越之路。”十一院王呈昊告诉科技日报记者，这背后，是研发团队在货容与气动、动力与成本、功率与适配之间，一次次破局突围、闯出新路。

　　“鱼和熊掌”兼得

　　说起YH-1000S，就不得不提YH-1000。

　　2024年3月，“低空经济”被首次写入《政府工作报告》时，十一院敏锐捕捉到低空物流这一巨大商机。“偏远山区物流成本高、特殊区域运输难，这是现实痛点。”王呈昊回忆，“院里开始酝酿研制一种全新的无人运输机。”

　　经过数十轮研讨，产品的轮廓逐渐清晰起来。它的载重不必很大、航程不用太长、成本不能过高，且要有很强的环境适应性。团队为其定下核心指标：航程1000公里、载重1000公斤。取“运货”拼音首字母，机型被命名为YH-1000。

　　与此前彩虹系列无人机纤巧流畅外形不同，承担运输任务的YH-1000必须大幅拓宽机身。最初设计中，研发团队直接将机身横向加宽，可风洞试验结果却给了他们当头一棒。加宽后的机身风阻系数急剧上升，不仅油耗远超预期，高速飞行时还出现气流紊乱、机翼与机身衔接处气流分离等问题，严重影响飞行稳定性。

　　容量与气动犹如“鱼和熊掌”，如何兼得，成为横在研发路上的第一道难关。

　　团队一遍遍调整机身截面形状，先后推翻十余套设计方案。“我们放弃了传统圆形窄机身，尝试椭圆、双圆弧等多种构型，每一次修改都伴随着海量计算与仿真。”负责气动外形设计的穆伟豪告诉记者。

　　持续探索中，团队创新性提出“流线型宽体机身”方案——机身头部、尾部渐变收窄，中段保留宽大货舱，同时优化机身与机翼过渡弧度。为找到最优平衡点，队员们白天扎进风洞测参数，晚上对着数据模型反复演算，困了就在工位小憩，饿了就啃面包、吃泡面。终于在第6次风洞试验中，新设计的机身模型完美通过测试。

　　2025年初，团队带着样机开始了艰苦的外场试验。试验基地环境恶劣，沙尘暴频发，队员们始终坚守一线，采集数据、排查故障、迭代优化，从未松懈。

　　历时近5个月调试改进后，团队成员王钦禾操控YH-1000漂亮地完成了首飞任务。当现场一片欢呼时，他的心却早已从甘肃飞向北京，牵挂着即将临盆的妻子。收到“母子平安”的消息，这位在首飞现场沉着冷静的汉子，蜷缩在角落里潸然泪下。

　　另起炉灶“换心”

　　在YH-1000刚刚定型之时，就有用户提出增加应急投放功能的需求。“当时该机型还不具备这一能力，我们随即启动改型研制。”总体设计张广林说。

　　团队开始“双线作战”：一边推进YH-1000的外场试验，一边开展YH-1000S的设计研制。

　　YH-1000的最大起飞重量为2.3吨，而YH-1000S则要增至3.3吨，同时要实现超短距高原起降，这对动力系统提出了更高要求。可是，传统4缸航空活塞发动机功率仅100多千瓦，要满足YH-1000S性能指标需挂载4台；6缸发动机或涡桨发动机2台即可满足，但单台成本高达数百万元。既要高性能，又要低成本，研发一度陷入僵局。

　　一天，团队成员雷乾乾望着窗外车流，一个大胆想法突然闪现：“为什么不能把汽车混合动力技术用到飞机上？油电互补、节能经济，这不正是我们要找的答案吗？”

　　这个“疯狂”的提议一出，会议室瞬间沸腾。

　　“汽车发动机能扛住高海拔？”

　　“车规电子元器件耐得住低温？”

　　“航空级可靠性如何保证？”

　　一番讨论后，大家逐渐达成了共识：从成本控制和批量交付来看，汽车产业链比传统航空更具优势。

　　研发团队随即联合新能源汽车企业，带着飞行参数开启跨界攻关。8000米海拔的低气压、零下数十摄氏度的严寒……要让“汽车心脏”翱翔蓝天，必须经历脱胎换骨的改造。团队日夜攻坚，为匹配高性能涡轮增压系统，在高空试验台一扎就是3个月；反复打磨控制逻辑，让发动机与高压电机完美协同。数月后，改造好的混合动力发动机出炉，测试结果令人惊艳。

　　事实证明，这款混合动力系统不仅成本低、可批量生产，还兼备轴功率与电功率，能拓展更多任务功能。

　　2025年10月，团队大胆决定：彻底推翻原有航空发动机方案，将混合动力作为唯一选项。

　　“这是重大技术状态更改，相当于此前大量工作归零重来。”张广林说。他和同事早已按原有动力系统完成全机设计，更换发动机意味着飞控、电气、机载设备、动力舱结构等所有分系统都要重新调整。他们没有抱怨，加班加点重新设计、协调供应商，仅两个月就完成了任务。

　　实时匹配“能量”

　　“换心”成功，首飞完成，团队却并不满意。

　　试飞时，大家发现换装的发动机更擅长稳态功率输出，适合长时间巡航工况，却无法满足快速起飞、险峻地形、恶劣天气等场景的瞬时高功率需求。

　　如何让油电混合动力“各司其职、无缝配合”，实现不同工况下能量的实时、精确调度，成为一道新难题。

　　“混合动力系统‘上天’尚属首例，没有现成解决方案可循。”团队成员高华东说，“我们只能从飞行工况分析、调度算法研发、系统测试验证三个维度摸索前进，寻找答案。”

　　为此，研发人员通过大量飞行测试，精准量化不同工况下的功率峰值、持续时间、波动范围，建立起全工况功率需求数据库——这就像为能量调度提供了“导航图”，让团队清晰掌握不同场景下能量需求规律。

　　在此基础上，大家开启了调度算法的研发攻坚。“传统能量调度方式采用固定分配模式，无法根据飞行工况变化动态调整，难以适配多变飞行需求。”高华东说，“我们创新性地提出‘模型预测控制’算法，通过预判工况变化，实时动态分配发动机与电池的能量输出比例。”

　　思路看似简单，但落地绝非易事。团队面临着“响应速度”与“调度精度”的双重考验：调度速度慢会导致动力衔接不流畅，影响飞行稳定；调度精度低则会造成能量浪费，缩短续航里程。

　　那段时间，他们扎根实验室，反复推演算法逻辑、仿真优化算法参数，有时因为一个环节出错，不得不推倒重来。“我们时常被困在极端工况下调度紊乱的僵局中，甚至出现算法误判导致动力输出失衡问题。”高华东回忆，大家心力交瘁，但谁都没有放弃——就这样一点一点啃下技术难题，最终研发出一套实时能量调度算法。

　　随即，团队又开展为期一个月的飞行测试，模拟各类作业场景，全面验证算法适配能力。测试结果显示，采用实时能量调度技术后，无人机起飞响应速度提升40%，巡航阶段能量损耗降低20%，复杂工况下动力稳定性提升50%。团队成功解锁各种工况下能量匹配“密码”。

　　目前，YH-1000S正在开展空投、短距起降等性能摸底试验。展望未来，王呈昊表示：“我们将在完成性能指标验证后，推动山区无人机物流场景尽快落地，并在取得适航证后开展常态化、规模化的示范应用，探索低空经济发展路径，并研制运力更强、航程更远的系列化产品，助力中国低空经济高质量发展。”