Natilus是一家开发自主货运无人机的美国公司，率先将翼身融合型BWB布局应用于货机设计，从而极大地提升运输能力同时降低碳排放量。近日，Natilus公司宣布推出名为“地平线（Horizon）”的200座机翼身融合型客机，计划于2030年完成交付，与波音737和空客A320等系列的成熟窄体飞机直接竞争。
传统货机通常由客机改装而来，Natilus由研发无人货运飞机起家，雄心勃勃地提出创新型客机方案，与传统“客改货”似乎逆流而行。本文将梳理Natilus公司研发产品系列及技术进程，与相同赛道jetzero公司方案进行比对，分析其发展情况。
Natilus公司背景
Natilus成立于2016年4月，创始人是Aleksey Matyushev和Anatoly Starikov。Natilus的前身是一家工业设计公司，在美国做设计工作，在亚洲做制造工作。但产品运送总是遇到问题：海运便宜但耗时过长，空运及时但价格昂贵。在此背景下，Aleksey Matyushev瞄准了潜力巨大的货运市场，希望通过创新和先进技术使货运行业商品化。
创始人Aleksey Matyushev曾是派珀航空（Piper Aircraft）的首席空气动力学家，领导部门完成了包括PiperJet Altaire、M600等系列项目，后来在Kratos防务公司担任军用无人机系统的空气动力学主管。在飞机设计、性能、稳定性和控制、飞行测试、载荷、CFD和认证方面为众多通用航空和无人机项目提供了支持，具备丰富的研发经验。公司成立初期，仅获得了旧金山湾区的测试批准，故第一架原型机是一架水上飞机。Natilus 的五人小团队用大约一年的时间和启动资金的一小部分实现了该原型机的制造，该原型机与“捕食者”无人机尺寸相当，设计简单，没有驾驶舱、起落架或增压装置，使用玻璃纤维、胶合板和膨胀泡沫制成。
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Natilus 的目标是目前规模为1970亿美元的全球航空货运市场，预计到2027年将增长至2100亿美元以上，通过设计和制造一支新型的自动货运机队，使货运量增加60%，成本降低60%，同时减少50%的碳排放。Matyushev曾表示该原型机仅取决于初创时期的筹集资金和团队人力，当原型机通过后，会彻底改变原型的外观。如其所说，在与投资客户充分沟通后，Natilus确定了预计的产品范围，包括下文介绍的三种变体，均为BWB货机。Natilus货运系列产品
Natilus意图通过设计和制造全新的翼身融合BWB型自主货机机队，彻底改变航空货运行业。通过利用现有的地面基础设施和标准航空集装货箱，为客户提供解决方案。规划的系列如下：Kona翼展2.15米，重6.8吨，有效载荷3.8吨，航程为约1600公里，属于短程支线飞机。2023年4月，Natilus用其四分之一缩比样机进行了试飞，最近完成了其全尺寸Kona原型，将于2025年开始飞行测试。Natilus预计Kona的客户交付将于2027年底或2028年初开始，并已收到总部位于得克萨斯州的货运航空公司Ameriflight的1.34亿美元的20架飞机订单。在动力装置选择上，Natilus与普惠和ZeroAvia达成了合作协议，选用普惠PT6A-67D涡轮螺旋桨发动机或ZA600氢燃料电池动力推进系统。采用的创新技术
1. BWB布局
Natilus未公布BWB的具体设计细节和参数，尚无法判断其BWB布局的主要特点，如何实现客舱内部大容积、轻质结构、高气动效率的平衡需要进一步观察。仅从其披露的宣传图上可以看出，Kona机身修长，采用平直梯形翼，机身尾部布置双垂尾和双发动机。![]()
Natilus于2022年与Janicki合作进行复合材料零件的设计和制造，该企业是一家具备完善的复合材料工具和技术供应体系的家族企业。Kona的结构是由80%的碳纤维增强聚合物（CFRP）和20%的金属制成的，其中Kona的垂尾和舵面由金属制造，机身采用CFRP。Natilus创造性地提出了一种形似钻石的菱形货舱（见下图），在2021年申请了专利（US20230192270A1）。该货舱呈多边形形状，具有六个边和六个顶点，飞机的纵向中心线与货舱的一个顶点及其内角相交，并对该内角进行近似平分。货舱高度约为 1.32米，可容纳 LD3-45 标准集装箱。货舱左侧配备一个蛤壳式舱门，方便货物装卸。这种配置可以容纳大约2.5倍于传统飞机的货物量，极大地提高了运输效率并且有望运用于军事后勤和部署工作。2023年末，Natilus宣布与Ameriflight合作开了一款地面飞行员操作台（POD），借助该平台，可以实现航空货运运营商飞行、导航和通信的连接。POD包括一个流线型的工作舱体，双屏显示器、鼠标（笔者推测有可能带触觉反馈以模拟驾驶杆）以及一副耳机。在飞行过程中，远程飞行员坐在POD内，提交飞行计划，通过耳机与ATC进行对话，并且使用鼠标远程引导飞机进入跑道，之后飞机便开始自动飞行。当飞机自主飞行时，远程飞行员作为监督者监视飞行状况并与ATC沟通，确保飞行安全。Matyushev认为此项设计极大地简化了用户的操作，是一种简洁高效而实惠的方案。地平线Horizon飞机
Horizon是Natilus继Kona之后第二款投入研发的机型，目标在2030年代初投入服务。设计上比现有商用飞机轻25%，容量大40%，碳排放量减少50%。Horizon将沿用Natilus先前针对Kona进行的研究，基于为货运应用设计的翼身融合概念，进行一些更改使其适应客运市场的需求。（Horizon的设定巡航速度为0.8马赫，kona为0.35马赫）尽管设计细节尚未公布，但相比于同赛道的Jetzero，Horizon的设计更为保守：较为细长的机身、大展弦比机翼、尾部双垂直尾翼以及布置更紧密的后置发动机。细长机身使其能够与主要机场的现有登机口和基础设施更好兼容，紧凑布置发动机和尾部双垂尾布置可能使其噪声更低。Horizon采用了比Jetzero设计更为传统的起落架配置，而后者采用了可伸缩的铰接式起落架，通过机械调整机头高度解决起飞控制难题。总结与思考
1. 客货双轨研制开发
翼身融合布局始于上个世纪末，其具备气动效率高、结构重量轻、装载空间大、节能、环保等优点，是满足未来民机发展要求的革命性技术之一，是国际上下一代宽体客机发展的优先方向，近年来发展迅速。2050年前实现净零排放的目标促使各大航空公司更新机队，为Natilus占据市场提供了一个机会。根据Natilus创始人估计，在未来几十年内，客机市场的巨大规模会带给主要制造商巨大的生产能力挑战。即使波音和空客保持其主导地位，其他参与者仍然可能有15000架左右飞机的市场机会。民机采用翼身融合布局也有难以避免的短板，如应急撤离难度较高、外侧乘客承受过载舒适性较差等等。Natilus设计的货机则避免了上述问题，最大限度利用了BWB布局的优势，比传统飞机以更低的成本运送更多的货物。Natilus采用的客货并行的研发手段，先通过小型无人货机进行技术验证与推进，使用经过验证的可用技术，简化了认证过程，加快投入使用的速度。与此同时，Natilus也在积极与国防技术公司寻求合作，拓宽货运平台的应用范围。Natilus在翼身融合飞机上的开发方式比较符合当前很多新航空技术的发展路线，即通过缩比无人机平台验证技术并向大型载人飞机迁移。通过Kona机型的开发，Natilus不仅通过无人机平台验证了其翼身融合概念、自主飞行系统、先进材料等新技术，也能够在初期通过货运运营而避免商业载人客运所需要的繁杂的运行要求。此外，结合远期航空业智能化、自主化的大背景，在Natilus翼身融合飞行技术成熟后，在大型客运飞机上不仅能够实现更高的运行经济性，也可以利用Natilus先期验证的自主飞行技术。在未来，单飞行员运行和无人驾驶运行的运输类飞机将成为行业的新发展目标，适航审定和运行要求规章即配套标准体系将更加成熟。虽然Natilus目前未透露任何自主驾驶大型客运飞机的研制目标，但Kona和Horizon的开发经验将为Natilus配备成熟的技术基础，以备其在远期的高效自主飞行阶段具备强大竞争力。来源 | 民机战略观察
作者 | 中国航空工业发展研究中心 钟怡菲 梁长虓▌声明：空天界登载此文出于传递更多信息之目的，文章内容仅供参考。最近微信平台推荐机制调整了，没有标星的朋友们可能会错过空天界的推送或是看不到封面，欢迎新老朋友给【空天界】点个星标，以免错过更多精彩！![]()
