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微型飞行器的现状 难题和发展趋势

全部评论 放大字体  缩小字体 发布日期:2016-07-19  来源:中国航空新闻网  浏览次数:1479
核心提示:美国霍尼韦尔公司(Honeywell)为DARPA研制了一种与目前微型飞行器完全不一样的涵道风扇式MAV,涵道直径尺寸为330 mm,高约600 mm,16磅,由于采用多油箱汽油发动机驱动,承重大,可悬停。

如果您认为零度Dobby已经很小那你就大错特错了,微型飞行器自1992年以来已经经过多年的发展,体积小,重量轻,机动灵活,成本低是他们的突出特点。

1997DARPA正式批准实施首期有关微型飞行器研究计划,在美国DARPA计划资助和军方支持下,不少微型飞行器试验机相继出现。目前,微型飞行器技术向基于两个不同目的的方向发展。

一类以大学为首的爱好者,仍然苦苦追寻着DARPA1996年讨论的“15厘米尺寸目标,研制出各种各样探索性的微型飞行器,有微型固定翼型、扑翼型、旋翼型、环翼型、直升机型、多旋翼型、尾扑型等

另一类则是实用性更强、但尺寸更大的微型飞行器。美国霍尼韦尔公司(Honeywell)为DARPA研制了一种与目前微型飞行器完全不一样的涵道风扇式MAV,涵道直径尺寸为330 mm,高约600 mm16磅,由于采用多油箱汽油发动机驱动,承重大,可悬停。2006年,DARPA正式将其列入军事用途的先期概念技术验证计划。2007年,该型MAV已部署到伊拉克试用,用于从空中识别临时爆炸装置(IED)。

涵道风扇式MAV

微型飞行器的分类

微型飞行器发展时间不长,目前应用还主要是侦察和电子干扰,尚不宜按用途分类。微型飞行器一经提出,各种新概念、新形式的MAV纷纷被创造出来,尤其是仿生飞行器最早成功在微型飞行器上实现,因此目前按飞行原理和构造形式分类比较适合。因此,目前把现有的国内外微型飞行器和我们探索研制的微型飞行器,分为固定翼微型飞行器扑翼微型飞行器旋翼微型飞行器三类比较适合。

现有主要微型飞行器的划分归类

微型飞行器系统的技术难题

尺寸有效载荷续航时间的矛盾

微型飞行器特点就在于,而尺寸限定了最大有效载荷,如果尺寸确定,要增加有效载荷必然会消耗更大的能源,而在能源重量不变情况下,那只能减少续航时间。但在一定微小尺寸范围内,并不是尺寸越大,承载重量越大。这是因为尺寸增大,阻力增大,所耗能源增大,因此单纯增大尺寸,在续航时间不变时,并不一定能增加有效载荷重量。因此,在微型飞行器尺寸一定情况下,有效载荷续航时间的指标必须协调。

“蜂鸟”

升力动力能源的矛盾

无论是何种微型飞行器,升力的大小取决于提供的动力大小。然而,增加动力,必然会增加能源的消耗。但在其它性能指标不变情况下,能源加大则增加了飞行器重量,因而,原有的升力就不够了。目前,微型飞行器多数采用电动机,通常电池重量要占到飞行器总重量的三分之一左右。目前聚合物锂电池已有限,除采用新能源,必须解决能源、动力和承重升力的矛盾。

尺寸质量控制的矛盾

常规尺寸的无人机,其尺寸大小与飞行控制之间并没有直接关系。微型飞行器则不然,因为微型飞行器尺寸越小,其低雷诺数的气流特性越明显。低雷诺数的气流容易在飞行器表面产生气流分离,从而引起飞行的不稳定,抗风能力弱。另一方面,在小尺寸下要保证提供升力的机翼面积,就只能设计为小展弦比,而小展弦比非线性飞行力学特征较突出。同时,小尺寸和小质量的微型飞行器还易受大气湍流的干扰,这些给飞行控制带来很大的困难。

高度集成尺寸电磁干扰的矛盾

系统的高度集成是先进微型飞行器设计的必需。而小尺寸的微型飞行器机体,给各种电器(动力、能源、伺服舵机)、电子设备(控制、信息传输、卫星导航、任务设备)留有很小的空间,因此,高密度电路、电器、电子器件对微系统微弱信号所产生的内部电磁干扰问题,一直是微型飞行器电磁兼容设计的难关。因此在强调高集成性的同时,必须精心布置各种电器、电子设备的位置以及电磁屏蔽等设计。

多旋翼微型飞行器

微型飞行器系统技术的发展,不仅要创新更多构形的微型飞行器,还要发展更微小的动力装置、能重比更大的微型新能源和转化技术、更轻和具有主动力感知与控制的材料、生物量级的传感器、仿生神经智能控制技术、仿生物对环境的感知识别技术、更微型化的信息传输技术、超微型特种功能装置等。反过来,微型飞行器的研究不仅是无人飞行器的发展,也必然促进微系统技术的发展,促进生物和多学科交叉技术的发展。

 
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