微型飛行器設(shè)計(jì)原則和策略探討

陳思宇

（北京航空航天大學(xué)宇航學(xué)院，北京 100191）

1 微型飛行器的基本概述

（1）微型飛行器的簡(jiǎn)述。微型飛行器被認(rèn)為是未來戰(zhàn)場(chǎng)上重要的武器，它可以完成現(xiàn)場(chǎng)偵查以及攻擊的任務(wù)。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，微型飛行器還具備了實(shí)時(shí)圖像傳輸?shù)裙δ?。與此同時(shí)，在現(xiàn)有體積的基礎(chǔ)上，微型飛行器的巡航范圍不斷擴(kuò)大、飛行時(shí)間不斷被延長(zhǎng)。與傳統(tǒng)意義上的飛機(jī)不同，微型飛行器是微機(jī)電系統(tǒng)集成技術(shù)的重要產(chǎn)物。這一技術(shù)的應(yīng)用使得微型飛行器的體積與質(zhì)量都能夠保持在一定的范圍之內(nèi)，同時(shí)飛行性能可以得到進(jìn)一步的提高。

（2）微型飛行器的分類。目前，微型飛行器主要可以分為固定翼式、旋翼式、撲翼式這3種。其中固定翼式的特點(diǎn)是飛行速度比較快、飛行過程機(jī)身比較穩(wěn)定。固定翼式的微型飛行器經(jīng)過改良之后各項(xiàng)性能都得到了顯著的提高，目前已經(jīng)廣泛地投入當(dāng)中。旋翼式微型飛行器是依靠翼槳的旋轉(zhuǎn)來為飛機(jī)的運(yùn)行提供動(dòng)力。因此這種微型飛行器的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，優(yōu)點(diǎn)是可以在垂直方向上進(jìn)行升起與降落，這樣一來即使在地勢(shì)條件比較復(fù)雜的地區(qū)也可以實(shí)現(xiàn)快速機(jī)動(dòng)。撲翼式微型飛行器則是依靠翼面的撲動(dòng)來為飛機(jī)的運(yùn)行產(chǎn)生動(dòng)力的，這種微型飛行器的設(shè)計(jì)與使用原理與鳥類的飛行相似。撲翼式的微型飛行器是近年來發(fā)展起來的，目前在使用的過程當(dāng)中可能會(huì)出現(xiàn)疲勞斷裂的情況，因此適用范圍還一定的局限性。但是這種微型飛行器與另外兩種相比，體積更小、質(zhì)量更輕，在運(yùn)行的過程當(dāng)中產(chǎn)生的噪音更小，因此在應(yīng)用的過程當(dāng)中具有良好的隱蔽性。與此同時(shí)，撲翼式微型飛行器還可以在空中實(shí)現(xiàn)懸停、側(cè)飛與倒飛，這為飛機(jī)的高速飛行創(chuàng)造了良好的條件。近年來，還出現(xiàn)了其他新型的微型飛行器，它們經(jīng)過了結(jié)構(gòu)的改良，具有更好的性能。

2 微型飛行器的設(shè)計(jì)原則

（1）微型飛行器的設(shè)計(jì)原則。微型飛行器在設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中需要對(duì)信息進(jìn)行搜集與有效管理，同時(shí)要利用觀測(cè)網(wǎng)的主動(dòng)性來對(duì)微型飛行器的設(shè)計(jì)過程進(jìn)行有效評(píng)估，這樣才能在設(shè)計(jì)過程當(dāng)中應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。與此同時(shí)，在設(shè)計(jì)過程當(dāng)中還要確保時(shí)間與空間數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性，加強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)的管理與控制，這樣才能確保飛行器的運(yùn)行質(zhì)量。在微型飛行器運(yùn)行的過程當(dāng)中，要廣泛地搜集各方面的信息，并對(duì)其中的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，這樣才能為正常飛行提供基本的保障。微型飛行器的設(shè)計(jì)還需要符合效能評(píng)價(jià)的要求，使各個(gè)部門都能夠充分發(fā)揮作用，做好相互的銜接與管理工作。同時(shí)還要對(duì)微型飛行器的實(shí)際控制過程進(jìn)行有效控制，對(duì)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行有效規(guī)劃，及時(shí)關(guān)注其中的各項(xiàng)自動(dòng)化裝置，樹立起重復(fù)利用、節(jié)約資源的意識(shí)，及時(shí)做好技術(shù)上的改良與發(fā)展，從而提高微型飛行器應(yīng)用的綜合水平。

（2）微型飛行器的設(shè)計(jì)要求。①做好平衡設(shè)計(jì)。微型飛行器最大的特點(diǎn)就在于體積比較小，因此對(duì)于各個(gè)指標(biāo)的變化比較敏感，細(xì)小部件的改變也會(huì)對(duì)飛行器的整體性能起到重要的影響。因此在設(shè)計(jì)微型飛行器的時(shí)候，要堅(jiān)持綜合性的原則，做好各個(gè)部位的平衡設(shè)計(jì)。與此同時(shí)，還需要對(duì)各個(gè)部件的尺寸大小進(jìn)行合理控制，這樣不僅可以減少各項(xiàng)資源與能量的浪費(fèi)，同時(shí)還可以有效延長(zhǎng)續(xù)航的時(shí)間。對(duì)于微型飛行器來說，動(dòng)力對(duì)升力起到了決定性的作用，而要在微型飛行器有限的體積之內(nèi)確保動(dòng)力充足，就要采用電動(dòng)機(jī)、使用高能的電池，還要對(duì)電池的質(zhì)量和尺寸進(jìn)行嚴(yán)格控制。在設(shè)計(jì)微型飛行器的時(shí)候，高集成性是重要的原則，尤其是對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要各個(gè)電子設(shè)備與導(dǎo)航傳輸系統(tǒng)的相互配合。為了避免微型飛行器當(dāng)中的各種電子器件對(duì)電磁所造成的干擾，還要合理布置電氣設(shè)備，協(xié)調(diào)好微型飛行器的質(zhì)量與性能。②區(qū)別對(duì)待。目前使用的微型飛行器分為不同的種類與用途，因此在設(shè)計(jì)的時(shí)候要對(duì)不同種類的微型飛行器進(jìn)行區(qū)別對(duì)待。其中用于軍事的微型飛行器的主要作用是進(jìn)行低空偵查，因此這種飛行器當(dāng)中需要增加圖像傳感器系統(tǒng)，使得飛行器能夠?qū)⒃诟呖债?dāng)中監(jiān)視得到的信息迅速傳回到陸地當(dāng)中。與此同時(shí)，用于軍事作戰(zhàn)的微型飛行器則需要攜帶一定質(zhì)量的武器，因此在設(shè)計(jì)這種類型的微型飛行器的時(shí)候就要做好平衡設(shè)計(jì)。而民用微型飛行器的用途有協(xié)助警方破案、對(duì)地形進(jìn)行檢測(cè)與搜查、攝影攝像等，因此在設(shè)計(jì)的時(shí)候也要從微型飛行器的實(shí)際功能出發(fā)，根據(jù)實(shí)際需要來設(shè)計(jì)符合要求的飛行器。無(wú)論是哪種類型的微型飛行器，在設(shè)計(jì)的時(shí)候都是按照設(shè)計(jì)原則來進(jìn)行的，因此設(shè)計(jì)原則作為重要的調(diào)查文件，需要對(duì)充分考慮各項(xiàng)因素，做好對(duì)設(shè)計(jì)過程的整體布局。這需要工作人員在編制設(shè)計(jì)文件的時(shí)候，做好實(shí)地調(diào)查工作、明確對(duì)各項(xiàng)因素的總體評(píng)價(jià)，從而選擇有效的設(shè)計(jì)方法。必要的情況下還可以針對(duì)不同種類的微型飛行器召開設(shè)計(jì)專題報(bào)告，對(duì)各項(xiàng)設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行有效論證，同時(shí)做好調(diào)查報(bào)告的分析與總結(jié)，對(duì)其中存在的問題進(jìn)行研究與改進(jìn)，加強(qiáng)不同種類的針對(duì)性。③把握好設(shè)計(jì)重點(diǎn)。在對(duì)微型飛行器進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，需要對(duì)設(shè)計(jì)原則進(jìn)行反復(fù)的驗(yàn)證，同時(shí)也要對(duì)驗(yàn)證過程當(dāng)中存在的問題進(jìn)行不斷修復(fù)與完善。為了更好地篩選出科學(xué)可行的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)人員需要充分把握好設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，在這個(gè)過程當(dāng)中搜集更多的信息與指標(biāo)對(duì)微型飛行器的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行不斷的完善。在堅(jiān)持基本設(shè)計(jì)要求的同時(shí)，還需要將細(xì)節(jié)化的設(shè)計(jì)內(nèi)容補(bǔ)充進(jìn)去。為了更好地實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程當(dāng)中需要做好專題性研究，對(duì)調(diào)查的細(xì)節(jié)進(jìn)行分類制定，同時(shí)還要對(duì)微型飛行器各個(gè)部件的尺寸進(jìn)行把握，同時(shí)還要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行篩選，對(duì)復(fù)雜問題進(jìn)行多次研究，對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)計(jì)進(jìn)行創(chuàng)新，確保各項(xiàng)問題都能夠得到妥善的解決。微型飛行器在設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，需要以技術(shù)作為設(shè)計(jì)核心，以編碼為設(shè)計(jì)主線，同時(shí)還要做好裝備的管理工作，加強(qiáng)對(duì)采購(gòu)、應(yīng)用以及維修等各個(gè)環(huán)節(jié)的檢查，并在其中應(yīng)用各種現(xiàn)代化技術(shù)。首先，在設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，運(yùn)行監(jiān)控也是重要的設(shè)計(jì)重點(diǎn)，這是實(shí)現(xiàn)飛行器順利運(yùn)行的重要保障。因此要使綜合監(jiān)控與指揮的功能得到充分的發(fā)揮，同時(shí)建立起集監(jiān)控、維修、評(píng)估為一體的互動(dòng)模式。其次，在設(shè)計(jì)微型飛行器的時(shí)候要用于創(chuàng)新，勇于突破傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，可以將傳統(tǒng)觀測(cè)資料作為參考，但是要避免形成對(duì)這些資料的依賴性。在設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，要做到對(duì)信息的合理使用與管理，建立起監(jiān)控與信息的聯(lián)動(dòng)機(jī)制。利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、信息搜集技術(shù)等來為設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。最后，還要開展關(guān)于故障參數(shù)的相關(guān)研究，利用各種信息監(jiān)控技術(shù)來實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)性的監(jiān)控系統(tǒng)。

3 微型飛行器設(shè)計(jì)的完善策略

微型飛行器的設(shè)計(jì)需要集合設(shè)備的使用、信息的搜集以及數(shù)據(jù)的分析等各種綜合性的服務(wù)。在設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要對(duì)各項(xiàng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)進(jìn)行有效研究，對(duì)各項(xiàng)勘查業(yè)務(wù)進(jìn)行不斷完善。為了更好地實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，工作人員需要擺脫傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思維，將微型飛行器的設(shè)計(jì)引入到科學(xué)建設(shè)的軌道當(dāng)中來。與此同時(shí)，還需要重視微型飛行器的設(shè)計(jì)功能，利用各種智能化的技術(shù)來建立合理的模型。在必要情況下，設(shè)計(jì)人員還需要通過實(shí)地調(diào)查的方式來獲取關(guān)于生態(tài)環(huán)境的信息，避免在微型飛行器的制造過程當(dāng)中對(duì)環(huán)境造成破壞，尤其是對(duì)空氣以及對(duì)土壤所造成的嚴(yán)重破壞。有一些設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人還會(huì)采取各種專業(yè)化的監(jiān)測(cè)手段來對(duì)污染進(jìn)行防治，確保飛行器的制造符合國(guó)家環(huán)境保護(hù)的要求。

4 結(jié)語(yǔ)

總的來說，微型飛行器在越來越多的領(lǐng)域當(dāng)中開始得到應(yīng)用，并在發(fā)展過程當(dāng)中出現(xiàn)了不同的種類，形成了針對(duì)性更強(qiáng)、功能更好的飛行器。微型飛行器的設(shè)計(jì)是制造的重要基礎(chǔ)，在設(shè)計(jì)過程當(dāng)中需要滿足平衡需求、把握設(shè)計(jì)重點(diǎn)，同時(shí)對(duì)不同類型的飛行器進(jìn)行區(qū)別對(duì)待。為了進(jìn)一步完善微型飛行器，設(shè)計(jì)人員還需要做好實(shí)地勘察工作，全面了解生活環(huán)境信息，并應(yīng)用各種先進(jìn)的技術(shù)。