提起大载重四旋翼无人机，大家更熟知的是农业植保无人机。典型代表是大疆T60和极飞P150。该两款无人机最大起飞重量均超过了100kg,最大载重超过了50kg。但是最大飞行速度均只有50km/h左右。对于农业植保是够用的，如果用于物流运输场景，飞行速度偏低。以满载飞行时长10分钟计算，航程最多8.3km。

假设面对载重200kg，航程200km的需求，四旋翼无人机还能满足吗？答案肯定是可以，但是和设计方案有关。之前的文章中介绍了限制多旋翼飞行器飞行速度的几个因素。其中振动可能是影响最大、最难解决的因素。现有技术下电池的储能密度也是影响四旋翼无人机继续做大的因素之一。

美国Kaman公司推出的KARGO货运无人机则可以轻松满足上述需求。KARGO采用了四轴四旋翼设计，旋翼直径约10英尺，旋翼桨毂采用跷跷板式设计（Teetering Rotor），同时采用变距控制形式，而不是四旋翼常采用的变转速控制。桨叶可以实现折叠，折叠后的整机可以装进一个标准尺寸的集装箱。

KARGO空机重量约600kg，最大起飞重量约970kg。在载重270kg的条件下，航程可以达到约260km，使用升限约3000m。

KARGO无人机最远可以实现523海里的航程KARGO搭载了一台300轴马力（223kW）的燃气涡轮发动机，最大飞行速度达到了224km/h。尽管从参数上看，KARGO的性能更接近一台直升机。但是从使用和控制上而言确实更类似四旋翼无人机。它摒弃了传统直升机的倾斜盘周期变距机构，只采用了变总距机构。飞机的姿态控制是通过改变四个旋翼的总距，进而改变升力，获得操纵力矩。

KARGO无人机采用了变总距和跷跷板设计根据估算，当KARGO以最大起飞重量进行无地效悬停（HOGE）时，每个旋翼的转速约1500RPM，扭矩约270Nm，整机轴功率约170kW。此时桨盘载荷约33kg/㎡，约为大疆T60的两倍，低于Joby S4的54.8kg/㎡。更低的桨盘载荷意味着更低的需用功率和更低的下洗速度。对于一款接近1吨的四旋翼无人机而言，通过改变桨叶转速进行控制毫无疑问是不可能的。巨大转动惯量将对发动机输出扭矩提出无法实现的需求。即使选择了同等功率等级的电机，也无法实现如此高的扭矩需求。因此变总距控制是大型四旋翼无人机的最佳的选择。在之前，介绍过旋翼飞行器桨叶挥舞效应。KARGO无人机采用的跷跷板桨毂设计是结构形式最简单的挥舞铰设计。该设计是整机能够实现最大224km/h飞行速度的必要保障。从目前KAMAN公司发布的图片来看，该结构和直升机上常见的跷跷板挥舞铰非常类似。KAMAN公司此前设计开发的K-MAX交叉双旋翼同样采用了翘翘板设计。

交叉双旋翼是KAMAN公司的标志性产品

KARGO全尺寸原型机在2023年已经完成了首飞，预计在2026年能够交付用户使用。

KARGO已经完成了全尺寸样机首飞

回到本文开头的假设：要满足200kg载荷，200km航程的需求，四旋翼无人机如何满足？结合KARGO的方案，以下几点可能是目前大载重四旋翼无人机设计的特点：

采用化石燃料发动机或混合动力

采用变总距的控制形式

设计挥舞铰等减振结构

较低的桨盘载荷

尽管变距+挥舞设计很接近直升机，但个人更倾向于它是四旋翼无人机。正如极飞P150四旋翼植保无人机已经采用了跷跷板设计、中航工业公司也在小型四旋翼无人机上验证过变距方案的可行性。植保四旋翼无人机采用跷跷板设计中航工业公司研制的变距四旋翼无人机面对未来更大载重，更远航程的需求，成熟技术的合理运用加上适当的创新，依然可以拿出非常优秀的四旋翼无人机设计方案。

最后，一起欣赏下KAMAN CARGO无人机的宏伟蓝图。

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