学习目标
1 用户对无人机设计的要求有哪些?
2 无人机设计的主要参数是如何确定的?
3 无人机设计中相关技术要求,你谈谈哪些是可能相互有矛盾的?如何解决这些矛盾?
4 无人机设计的哪些技术要求与有人飞机设计要求不一样?
5 如何缩短无人机的设计周期?
6 你知道无人机可靠性问题主要出现在哪些地方?如何提高可靠性?
7 经济性为什么是无人机研制的一个重要指标?
从微型无人机的研究现状来看,已经取得了相当的技术成果,但仍有许多关键技术需要继续突破,主要表现在以下方面:
(1)低雷诺数下的空气动力学问题。微型无人机与常规无人机的空气动力学特性有很大不同,常规无人机的雷诺数为106~108,空气的黏性效应可以忽略,而微型无人机的雷诺数大约在104左右,空气的黏性阻力相对较大,其影响无法忽略。目前,微型无人机在低雷诺数下的空气动力学问题还处在试验阶段,没有具体的理论和经验公式可遵循。而常规无人机设计中所采用的许多成熟技术,如气动计算方法与软件系统,风洞实验技术不能使用,需要发展新的理论和实验技术。
(2)微型无人机的动力问题。微型无人机的动力装置安装在无人机内,除维持无人机飞行外,还要能对机载设备提供能源。可用的动力有:内燃发动机、燃料电池、微型涡轮发动机、电动机以及太阳能等。微型内燃发动机具有良好的应用前景。但内燃发动机还存在噪声大及可靠性差等方面的问题。美国麻省理工学院在DARPA资助下正在研制一种纽扣大小的微型涡轮发动机,该发动机采用MEMS技术加工制作,工作原理与常规涡轮发动机相似,使用氢作燃料,转速达2.4×100r/min,重量仅19,推力为0.05~0.1N,输出功率将达到10~30W。此外,往复化学肌肉、电致伸缩人造肌肉、弹性动力、热电动力和太阳能等新技术目前也在研究中。
(3)飞行控制及导航问题。常规无人机依靠副翼、升降舵和方向舵来操纵无人机的滚转、俯仰和偏航,但对于微型无人机,使用常规飞行控制方式的难度很大,一个可行的解决途径是发展基于MEMS的新型控制方式。微型无人机必须具备自主导航能力,但一套小型GPS设备需要0.5W的功率,重达20~409的天线,对于微型无人机来说难以适用。研制体积小、重量轻、功耗低的GPS系统和其他导航装置对微型无人机来说非常重要。
(4)机载设备的微型化问题。包括作动器、电机、任务载荷和其他有关部件。由于微型无人机的体积小,其机体容量和承载重量均受到很大的限制,不可能像常规无人机那样,将各样一部件简单地安装在机体内。从微型无人机的设汁要求和所需具备的功能来看,微型无人机应是一个各种多功能系统高度集成的复杂系统,包括微型器件的高度集成、有效载荷的高度集成和各种功能模块的最小限度集成等。借助于MEMS技术对微型无人机的系统进行微型化、集成化,从而实现微型无人机的小型化是微型无人机发展的必然趋势。采用MEMS技术的高度系统集成必然会引起多功能体之问的耦合及相互干扰,如何克服这些问题,保证系统正常运作,将是MEMS技术用于微型无人机所要解决的关键问题。
(5)适合于微型无人机的高速大容量数据传输问题。微型无人机用于复杂环境的侦察搜索任务时,需要实时传输大量的视频数据,需要可集成于无人机上的微型高速大容量数据传输设备。