《阿凡達》里的涵道飛行器在未來有可能實現嗎？

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不用在未來，現在的技術就可以實現。

但這樣做的意義不大。

這個飛行器可以被理解為一個可以傾轉涵道風扇的橫列雙旋翼直升機。

先說橫列雙旋翼的構型。這個構型的目的基本上就是使用相對較小的兩組發動機驅動兩組旋翼，以在發動機單發動力有限的情況下實現較大的載重。與之類似的設計還有縱列雙旋翼方案，比如支奴干直升機。

但縱列雙旋翼在現實中被製造和裝備了，橫列雙旋翼卻幾乎沒有量產（僅有德國的Fa-223）。

一個很糟糕的問題是渦環。簡單的說，這是一種發自旋翼槳尖的渦流。在某種情況下，他會逐漸向槳的內部發展。這種渦流對旋翼產生升力是不利的。但直升機上升和平飛的時候這種渦流並不會干擾到旋翼。但，如果直升機下降速度足夠快的時候，渦環就會影響到旋翼的效率了。在最惡劣的情況下，即使提升功率或者增加總距也沒法提高升力。直升機因此會迅速墜落，有點類似固定翼機的失速。

對於雙旋翼機來說，一般兩個旋翼不太會同時陷入渦環中。因此一旦一個陷進去而另一個沒陷進去的話，飛機就會因為兩個旋翼的動力不平衡而向失去動力的一側偏轉姿態。

使直升機脫離渦環的方法之一是努力向某一個方向飛（一般說向前比較保險）來擺脫渦環的範圍。於是很容易看出來，對於縱列雙旋翼的飛行器來說，如果某一個旋翼陷入渦環，即使沒有操作干預，飛機也會自動進入向前飛行（或加速）或者向後飛行（或減速）的飛行狀態中。這樣本身不僅擺脫了渦流環，而且飛行器的姿態不會因此被影響得太嚴重。總之就是，發生這狀況後飛行員還有救的機會。

而對於橫列雙旋翼呢，因為此時的力矩在滾轉軸上，飛機會立刻陷入滾轉之中。這種時候不但因為滾轉的方向一般來說和飛行方向不同，導致旋翼未必會擺脫渦環，而且對於直升機來說做橫滾可不是一個很輕鬆的動作。於是飛行狀態可能一下子就變得糟糕--比如一下子翻個跟頭掉下去。實際上，V-22因為這樣的問題導致過很多事故。而且似乎沒有遇到這狀況時還能改出的記錄。

另一個原因是，縱列雙旋翼直升機可以把兩組旋翼裝在機身的前後而無需增加額外的結構（畢竟機身一定是前後延伸的長條）。但橫列雙旋翼必須在機身兩側增加額外的結構和發動機架來安裝發動機。因此結構效率不如縱列雙旋翼和常規的單旋翼結構。

蘇聯的V-12直升機就是這樣的例子。為了能實現巨大的起飛重量而採用了橫列雙旋翼的設計，卻無法避免前面的那些問題。因此當同樣巨大卻採用常規結構的Mi-26設計取得突破時，V-12就毫無懸念的下馬了事了。

因此，橫列雙旋翼顯然不是一個很好的設計選擇。

然後就是涵道上的傾轉機構。傾轉機構一般來說是用來調整動力輸出的方向。可以用來將旋翼機切換成固定翼機的動力形式，如V-22，或者單純的只是依靠調整動力輸出方向來調整飛行姿態。阿凡達的飛行器里沒有固定翼機的機翼，所以傾轉機構的功能顯然是後者。

但是涵道式飛行器一般採用什麼方法來調整動力的輸出方向呢？

其實大多數時候是採用涵道下方的氣動舵面。

比如霍尼韋爾的RQ-16無人機，既是如此。

可以看到黑色的涵道本體下面對稱的四個灰色方塊，那就是用來控制姿態的氣動舵面。對於涵道式飛行器來說，這樣的結構輕巧簡單，動力損失也小。所以是很划算的控制方式。

但如果用傾轉機構的話，就壞了。因為你需要驅動整個涵道結構--尤其是內部旋翼正在高速旋轉的涵道結構旋轉。因此驅動機構需要很大的扭矩來完成操作，同時，這套機構的自鎖能力需要足夠強才不至於在不需要旋轉的時候莫名奇妙轉起來。不必說，這樣的機構一定是體積大重量高的（比如巨大的蝸輪蝸桿結構）。而在有更簡單的控制方式的情況下，這種麻煩的設計一般也就沒人會考慮了。

實際上，在阿凡達那種飛行器的尺寸里，使用常規的單旋翼布局就可以實現較高的機動性和高速了。如果要實現更高的機動性，一般也是優先考慮共軸反槳的設計，而不是橫列雙涵道。

所以，就是這樣啦~

主要的特點是風扇面積小，所以必然排氣速度高。
那麼首先比較不經濟。然後高速排氣對地面衝擊比較重，會影響運用。高速排氣好像更容易進入環流狀態失去升力，不安全，特別是在快速下降的時候。
可以把它看成風扇進一步縮小的V22。V22存在上面這些問題，函道風扇作為升力只會更嚴重。

畫了一個暑假的圖紙啦，給個乘力部分的概念圖。（這是沒有太跑過FEA挖減重孔的版本。。大家看個樂子，飛起來以後再來補充）
預計起飛重量10kg

明年寒假前試飛

主要是機動性能好，且相比同等級的直升機不會那麼容易揮刀砍死人

前面那位 @airbunny 說的都到點子上了，不過嘛～對於小型半民用無人機，這些問題的解決度還是很高的。

同樣的道理，四軸飛行器在真機尺度就玩不轉。

比如扭矩問題，在我設計的第一架3kg樣機中直接一個大扭矩舵機就應付的來。

不，因為潘多拉星的重力只有地球的0.8，所以這種尺寸的涵道才能提供足夠的動力和機動性。如果在地球，涵道的尺寸至少要大一倍。

Moller M400 Skycar

莫勒M400飛行汽車，採用涵道螺旋槳推進，可以垂直起降
參數：
長度:6.5米
翼展:2.6米
高度:2.3米
空重:1088千克
起降區直徑:10.7m
動力:4台Rotapower 500型轉子發動機,單台180馬力(134千瓦)
最高時速:533公里/小時
巡航速度:496公里/小時
實用航程:1213公里
升限:10973米
爬升率:24.38米/秒

以下多圖預警：