微型無人機應用及其發(fā)展

張圣君

摘 要 隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展，以及現(xiàn)今各國在不同方面的應用需求，微型無人機正逐步快速發(fā)展起來。本文基于當今世界微型無人機的應用以及發(fā)展的現(xiàn)狀，進行研究和分析。

【關鍵詞】微型無人機 應用與發(fā)展

1 前言

微型無人機有著體積微小、質(zhì)量較輕等優(yōu)點，在軍事領域和民間都具有十分廣闊的發(fā)展前景，這種無人機憑借其微型的機身，有著一般飛行器難以企及的隱蔽性、靈活性和便攜性。并且在某些領域，微型無人機一旦投入實際應用，往往有著非同一般的作用。微型無人機誘人的應用前景，使其逐漸正成為世界上熱門的高新技術之一。

2 微型無人機的應用

2.1 微型無人機的主要應用領域

微型無人機（WAV），顧名思義，“微型”二字，很好地闡釋了這種無人機的尺寸，一般微型無人機只有手掌大小，但也有特殊類型的微型無人機只有拇指大小甚至是更小。現(xiàn)如今，微型無人機主要應用于軍事領域。微型無人機最早由美國蘭德公司和國防高級研究計劃局于1992年舉辦的一場未來軍事技術的研討會上提出。由此可以看出，微型無人機在被提出之初，就被預算著要運用于軍事領域。軍事領域微型無人機應用，截止到目前為止可謂是最為廣泛，發(fā)展時間最長的應用領域。軍用方面，微型無人機不但可以在野外作戰(zhàn)的復雜地形情況下進行偵察及監(jiān)視，還可以用作通信中繼、檢測核污染或進行特殊環(huán)境下的檢測、偵察建筑物內(nèi)部情況、監(jiān)視、監(jiān)聽、解救人質(zhì)以及反恐怖行動等。軍用微型無人機憑借其先進的飛控系統(tǒng)平臺，以及GPS衛(wèi)星精準定位的運用，可以在各類復雜的戰(zhàn)爭以及反恐環(huán)境中靈活地實現(xiàn)對目標的跟蹤與偵察，甚至是打擊，完成各類非常規(guī)的軍事機動任務。

2.2 微型無人機的其他應用領域

微型無人機的其他應用領域主要指民用方面，這種特殊機型可用于搜索災難幸存者、監(jiān)測有毒氣體或化學污染擴散狀況、以及民用航空拍攝、娛樂拍攝等。在相應的科研領域，微型無人機應用涉及面較廣，如地質(zhì)勘探、植物物種識別、偵察救災、科研取樣、土地測繪等。根據(jù)不同的應用功能需求，以及各個研發(fā)機構的研制水平的長短不一，民用微型無人機在外觀、動力配置、操控方式以及續(xù)航能力等各個方面會有不同程度的差異。

3 微型無人機的發(fā)展分析

3.1 微型無人機的發(fā)展現(xiàn)狀

目前，美國、以色列、日本、中國等多個國家在軍用以及民用微型無人機領域的研究都有著不同程度的進展。

今年年初，英國倫敦帝國理工學院推出的一款稱作AquaMAV的微型無人機的原型機，它在飛達目的地后能像海鳥捕食一樣扎入水中采集水樣，之后能模仿飛魚出水一樣沖出水面，然后像固定翼飛機一樣靈活地機動飛行直至返航收回。此外英國的Animal Dynamics公司根據(jù)仿生學原理研制出仿蜻蜓微型無人機Skeeter。雖然Skeeter現(xiàn)如今正處于研發(fā)階段，但它已經(jīng)初具原形。Skeeter長約120mm，重約20g，飛行時速達45km/h。未來如果研發(fā)成功，它可以像蜻蜒一樣實現(xiàn)懸停及迎風飛行，并且可以根據(jù)實際需要，搭載各類專用儀器。仿生學原理在微型無人機開始提出之際，就被設想大量運用，其中關鍵的一點就是改傳統(tǒng)的旋翼為撲翼，但就目前撲翼應用的實際效率來看，這種提供動力的方式，還有待發(fā)展完善，直至達到相對理想的狀態(tài)。近年來，美國越來越重視微型無人機在國內(nèi)警用領域的應用。2017年1月，美國軍方宣布計劃將為在役士兵配備微型無人機，這些微型無人機計劃被應用于情報、監(jiān)視、ISR等軍事任務中。美國現(xiàn)如今正為此大力尋求行業(yè)最前沿的技術，以致來完成這種相對普適的軍用微型無人機。國內(nèi)微型無人機領域現(xiàn)也發(fā)展的蒸蒸日上，今年上半年國內(nèi)一家國內(nèi)無人機技術公司發(fā)布了一臺與手機尺寸十分接近的自拍微型無人機，由于使用鋁制結構，因此這臺微型無人機相當輕便，并能通過手機來完成一系列的操控，完成航拍任務。數(shù)據(jù)方面，其自拍像素500萬，與人最大間隔20米，可保持飛行姿態(tài)3分鐘。已經(jīng)達到消費級微型無人機較高的水平。另外今年三月份，我國國土資源部利用微型無人機成功完成了土地整治項目監(jiān)管的任務，利用其搭載的遙感監(jiān)測科學儀器，在技術人員的操控下，成功的完成了航空攝影測量的作業(yè)過程?？梢钥闯觯鲊⑿蜔o人機的研制，都有了不同程度的卓越成效。微型無人機在民用方向的優(yōu)異表現(xiàn)，也從另一方面展現(xiàn)了如今微型無人機正在慢慢地從不成熟向成熟階段邁進。但即使如此，微型無人機仍有著許多亟待解決的問題。

3.2 微型無人機的發(fā)展困境

各國研究機構雖然在微型無人機方面大都已取得了不同程度研究收獲，但由于質(zhì)量、續(xù)航、尺寸大小、機動性能等方面的嚴格限制，微型無人機的發(fā)展仍面臨著很大的挑戰(zhàn)。

一個大的難題就是微型無人機的動力系統(tǒng)。隨著機身幾何尺寸的減小，結構質(zhì)量占總飛行器質(zhì)量的百分比減少，而動力系統(tǒng)要占到很大的百分比。國外有專家最初提出微型無人機的設想中飛行器的動力系統(tǒng)質(zhì)量占到幾乎3/4，大約是飛行器質(zhì)量的6倍，以此來看，除了盡可能地減少結構質(zhì)量外，還要減少微型無人機的載荷質(zhì)量、提高效率、增加飛行時間，其關鍵在于提高推進效率。微型無人機對其動力系統(tǒng)的主要要求是：質(zhì)量輕、體積??；能量密度和功率密度高，可以為微型無人機提供足夠的飛行動力；震動小，不干擾任務設備正常工作（如拍攝圖像）；噪音小以保證微型無人機的隱蔽性；此外，微型無人機動力系統(tǒng)還應易于啟動，可靠性高。任何飛行器的飛行首先要解決的問題是動力問題，沒有動力，飛行無從說起。目前人們提出的微型無人機動力系統(tǒng)方案包括電動機驅(qū)動螺旋槳、內(nèi)燃機驅(qū)動螺旋槳、微型渦輪噴氣發(fā)動機、人造肌肉、激光推進、核能推動電動機等方案。但后三種方案現(xiàn)如今技術成熟度并不高，還需更深層次的研究試驗。

與動力關聯(lián)密切的續(xù)航方面，也是一大難題。動力系統(tǒng)的能量來源與其驅(qū)動方式密不可分，但目前占據(jù)主流的仍是技術相對成熟的鋰電池供電儲能技術。化學礦物燃料是一個被寄予厚望的能量來源，因為在相同質(zhì)量的前提下，化學礦物燃料釋放的能量要比一般的電池放出的能量多，但化學燃料供能的穩(wěn)定性和可靠性依靠現(xiàn)今技術遠不及鋰電池供能，這使得微型無人機在惡劣及特殊的環(huán)境中作業(yè)時，不得不拋棄這種供能方式。更先進的，像激光推進，核能推進，技術還都未成熟，都處于正在發(fā)展階段，無法快速滿足微型無人機現(xiàn)如今的技術需求。

當然，低雷諾數(shù)下空氣動力學特性的研究、飛行中穩(wěn)定性能和抗干擾性能的提高、零部件小型化、材料與飛行器結構、導航系統(tǒng)和任務設備等關鍵技術難題也都是現(xiàn)如今微型無人機領域亟待解決的難題。

4 結束語

綜上所述，微型無人機有著非常廣闊的應用領域，但其技術領域也的確存在著諸多問題，世界微型無人機領域的發(fā)展，需要不斷地將這些問題逐個解決，以此推動微型無人機技術的不斷向前發(fā)展。

參考文獻

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作者單位

鄭州市宇華實驗學校 河南省鄭州市 450000