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。
1997年DARPA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DARPA于1996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 mm,16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)。
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”和“旋翼微型飞行器”三类比较适合。
微型飞行器系统的技术难题
“尺寸”、“有效载荷”和“续航时间”的矛盾
微型飞行器特点就在于“小”,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”和“续航时间”的指标必须协调。
“升力”、“动力”和“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”和“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”和“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。
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。