《電子技術(shù)應(yīng)用》
您所在的位置:首頁 > 模擬設(shè)計(jì) > 業(yè)界動態(tài) > 關(guān)于無人機(jī) 必須被澆滅的七個(gè)幻想

關(guān)于無人機(jī) 必須被澆滅的七個(gè)幻想

2015-10-22

KK$`]JKIF~$R6O~VIEU2XU8.jpg

  現(xiàn)在的無人機(jī)是個(gè)不折不扣的新聞熱點(diǎn),,媒體的編輯們自然也在跟風(fēng)炒作無人機(jī)的新聞,。大體上來說,新聞在炒作兩個(gè)方面的內(nèi)容:1,無人機(jī)很便宜了,普通消費(fèi)者都可以買來自拍。2,,無人機(jī)很強(qiáng)大,,十八般武藝樣樣精通,,消滅恐怖份子如捏死螞蟻,。

  這兩方面內(nèi)容單說起來都是對的。一方面現(xiàn)在確實(shí)有一些無人機(jī)非常便宜,,諸如大疆,、零度等消費(fèi)級無人機(jī),僅僅一個(gè)智能手機(jī)的價(jià)格就能買到,,還有些玩具遙控飛機(jī),,幾百塊錢就能拍照;另一方面,,最近又確實(shí)涌現(xiàn)出一些諸如彩虹-4,、捕食者、利劍隱形無人機(jī),,性能強(qiáng)大到能打世界大戰(zhàn)用,。

  但要是合起來說:無人機(jī)便宜而且強(qiáng)大。那非常的不對,。這些便宜的消費(fèi)級無人機(jī),,除了當(dāng)玩具之外,啥也干不了,;而像捕食者這樣的作戰(zhàn)用無人機(jī),,價(jià)格突破 1000 萬美金。

  消費(fèi)級無人機(jī)不過是富家子弟的玩具,,察打一體的軍用無人機(jī)則由肉食者謀之,。倒是那些很少見于報(bào)端的工業(yè)級無人機(jī)辛苦的勞作,解決了許多棘手的問題,,是諸多行業(yè)的工作者都需要的,。

  工業(yè)級無人機(jī)具有一定的設(shè)計(jì)冗余度,有一定的載荷和航程,,有相當(dāng)?shù)娜蝿?wù)擴(kuò)展能力,,有廣泛的用途。而價(jià)格也不像軍用無人機(jī)那樣的天文數(shù)字,。

  但在對工業(yè)級無人機(jī)憧憬之前,,我還是想把話題拉回到現(xiàn)實(shí):工業(yè)級無人機(jī)也有這樣那樣的限制因素,有許多要求是想做做不到的,。

  1,、“我想飛得更高”

  飛行的相對高度對于一般的無人機(jī)使用者而言是并不重要的性能,因?yàn)榻^大多數(shù)用途都在低空甚至是 “貼地飛行”,,即使是航拍也不會飛太高,,太高了看看不清底面。但是飛行的海拔高度對于高原地區(qū)的用途而言則是一個(gè)非常重要的參數(shù),。

  高空空氣稀薄,,一方面會讓螺旋槳的效率下降;另一方面也會讓動力系統(tǒng)的效率下降,。目前業(yè)內(nèi)燃油動力的無人機(jī)一般使用自然吸氣的二沖程發(fā)動機(jī),,隨著空氣的稀薄進(jìn)氣效率降低,動力自然也就會下降,,同時(shí)因?yàn)闅鈮旱南陆灯偷姆悬c(diǎn)也隨之下降,,到一定高度會在常溫中沸騰。這些活塞式的油動的無人直升機(jī)一般空載最高只能飛到兩三千米,,滿載的高度會更低,。

  倒是電動機(jī)對海拔不那么敏感,在高海拔地區(qū)還可以飛行,。但是高原地區(qū)的低溫則會讓電池的容量降低,。讓本就不長的續(xù)航時(shí)間更捉襟見肘。

  2,、“我想飛得更遠(yuǎn)”

  無人機(jī)的飛行活動半徑是絕大部分用戶都關(guān)注的問題,,也是個(gè)重要指標(biāo)。但飛行半徑卻不是想大就能大的,。制約無人機(jī)飛行半徑的有兩方面:飛機(jī)的機(jī)械極限與電臺的控制半徑,。

  無人機(jī)本身因?yàn)槔m(xù)航時(shí)間的限制,其飛行半徑就是有極限的,。尤其電動多旋翼,,任務(wù)飛行時(shí)間只有 20 分鐘左右,再考慮起飛降落的時(shí)間,,飛控半徑一般都在 1 公里左右,。

  同時(shí)因?yàn)槲⒉ǖ奈锢硇再|(zhì),地面對無人機(jī)的操控距離和無人機(jī)圖傳回來的距離都不會太遠(yuǎn),。無人機(jī)手動控制的遙控器,,其頻率為 2.4G,波長很短,,基本沒有繞射能力,,其控制半徑只能到 1 公里,而且很怕遮擋,。

  中大型的無人機(jī)可以裝機(jī)載數(shù)傳電臺,,頻率在幾百兆的跳頻數(shù)傳電臺,波長稍長,,稍有一定的繞射能力,。但是也比較怕遮擋,,不光擔(dān)心遮蔽,也擔(dān)心多路徑效應(yīng),。原則上來說也是要求 “通視” 的,。很不幸的是我們所在的地球是圓的,所以受制于地球曲率的影響,,低空飛行的遙控距離也不會太長,。所以中型的無人機(jī)遙控距離 25 公里,大型的也是如此,。有些無人直升機(jī)標(biāo)稱控制半徑很遠(yuǎn),,能到 150 公里,但要達(dá)到如此遠(yuǎn)的距離需要飛到極限升限 3000 米高,。這么高的飛行高度,,一般的光學(xué)設(shè)備已經(jīng)難以看清地面,失去了實(shí)用價(jià)值,。

  一些人想到用 3G 或者 4G 移動網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)類似 “星通” 的效果,,但很可惜就算拋開高額的數(shù)據(jù)流量價(jià)格不說,其可行性上也有問題,。一方面從平面地圖上來說移動網(wǎng)絡(luò)是以各個(gè)基站為圓心的圓所組成的蜂窩,,交接處信號有盲區(qū),在飛行中非常明顯,;一方面從立體空間來講,,移動網(wǎng)絡(luò)是以基站信號塔為中心的向下傘狀覆蓋,移動網(wǎng)絡(luò)只在地表信號好,,在空中這個(gè)盲區(qū)更厲害,。

  3、“我想再飛一會兒”

  毫無疑問,,續(xù)航時(shí)間對于無人機(jī)而言是個(gè)非常重要的指標(biāo),。很多情況下制約無人機(jī)活動半徑與飛行相對高度的最重要因素就是無人機(jī)本身機(jī)械部分的續(xù)航??蛻粢步?jīng)常會問:你們的無人機(jī),,續(xù)航時(shí)間能長一點(diǎn)嗎?

  通常情況下:不能,!顯而易見,,不管是無人機(jī)還是有人機(jī),制約滯空時(shí)間的主要都是能源,。因?yàn)閷τ诿芏却笥诳諝獾倪@些飛行器而言飛行的每一分鐘都在與重力搏斗,。

  對于燃油動力的無人機(jī),能源的載體就是燃油,。不管是汽油,,柴油還是航空煤油,,其熱值都是一定的。飛得時(shí)間久就需要多帶油,;多帶油就需要更大的飛機(jī),;更大的飛機(jī)也就更費(fèi)油。以目前最成熟的 AF25B 無人直升機(jī)為例:飛機(jī)空重 16 公斤,,最大起飛重量 32 公斤,,每飛 1 小時(shí)需要燒掉 4 公斤的油,。所以即使把所有的載荷都換成燃油,,其續(xù)航時(shí)間在理想情況下也就是 4 小時(shí)??紤]到任務(wù)設(shè)備的重量和配重造成的載荷損失,,能飛到 2 小時(shí)已經(jīng)是極限。有一些更大的機(jī)型,,可以用更復(fù)雜同時(shí)燃燒效率更高的發(fā)動機(jī),,可以將燃料占總重量的比例提高,但也是有極限的,,即使是 S100 和 APID60 這樣昂貴的無人機(jī),,其滯空時(shí)間也不過 4-6 小時(shí)。

  對于電動的無人機(jī)而言,,續(xù)航時(shí)間則更加捉襟見肘,。尤其對于多旋翼而言,由于電動機(jī)的響應(yīng)快容易控制,,電動是其福音,。然另一方面電動又是制約其續(xù)航時(shí)間的一個(gè)巨大難題。

  因?yàn)殡娔艿妮d體是電池,,然電池的重量很大且空電池不會變輕,,而且對于電動機(jī)而言隨著負(fù)載的增大其耗電量會激增。所以電動無人機(jī)不是往上堆砌電池續(xù)航時(shí)間就能增加的,,而是一個(gè)函數(shù)取極值的問題,。即使是大名鼎鼎的 MD4-1000,其任務(wù)飛行時(shí)間也不過 25 分鐘,。

  4,、“我想風(fēng)雨無阻”

  你們的無人機(jī)能抗幾級風(fēng)?

  這是客戶很關(guān)心,,也是我們很關(guān)注的一個(gè)實(shí)際問題,。無人機(jī)的飛行介質(zhì)就是在風(fēng)中行走,有風(fēng)就相當(dāng)于路不好走,。無人直升機(jī)的抗風(fēng)性平心而論還是相對比較不錯(cuò)的,,五六級風(fēng)都能飛,,因?yàn)槠渲匦牡投c(diǎn)再上,即使風(fēng)大些也未必出問題,。當(dāng)然風(fēng)大了,,風(fēng)險(xiǎn)總還是會增大,就好比路太爛坦克也怕翻車,。一個(gè)是怕超過極限失控,,還一個(gè)是怕螺旋槳因柔性而與其它部分打架。尤其是雙槳共軸的無人機(jī)直升機(jī),。

  不過對于多旋翼而言,,情況恐怕就沒有那么樂觀了。因?yàn)槎嘈硐褡咂胶饽?,升力點(diǎn)并沒比重心高多少,,非穩(wěn)定結(jié)構(gòu),也非完全控制結(jié)構(gòu),。所以就算是很大的八旋翼,,能抗 5 級風(fēng)也就很勉強(qiáng)了。

  你們的無人機(jī)能防雨嗎,?

  不能,!無人機(jī)的電子設(shè)備尤其是舵機(jī),發(fā)熱量是很大的,,防雨做的太好會導(dǎo)致散熱不好,。所以即使是油動直升機(jī),也不過是短暫防淋雨,,突然下雨趕緊返航可以,,冒雨飛行不行。

  倒是一個(gè)小型多旋翼能防雨,,就是德國的那個(gè)大名鼎鼎的 MD4 無人機(jī)能防雨,,MD4 也因此可以賣到如此昂貴的價(jià)格。

  5,、“我想靠譜”

  廠商們大都回避一個(gè)問題:風(fēng)險(xiǎn),。一方面確實(shí)有些小廠的無人機(jī)土法上馬,或者太激進(jìn),,可靠性不佳,,另一方面,無人機(jī)飛行有風(fēng)險(xiǎn)是不可避免的,,除了故障還有不可抗力,。

  為了提高可靠性,飛機(jī)會采用成熟的機(jī)體或者冗余度更高的設(shè)計(jì),。直升機(jī)盡量用進(jìn)口 AF25B,,多旋翼則用八旋翼,;另一方面飛控采用像 MP2128 這樣的經(jīng)過多年驗(yàn)證,甚至是 AX100 這樣的軍用級飛控,;飛手要經(jīng)過長時(shí)間的練習(xí),,地勤也要兢兢業(yè)業(yè)。

  但不管再可靠的機(jī)器都不敢保證萬無一失,,而且飛機(jī)在天上飛還要考慮環(huán)境因素的影響,。“絕對可靠” 是不現(xiàn)實(shí)的,。所以無人機(jī)的飛行必須規(guī)避人口密集區(qū),、飛機(jī)有異常就得檢修,就不能逞能,,不管有多少錢的合同,,多大的領(lǐng)導(dǎo)期望,。

  我們不妨再換一個(gè)角度想這個(gè)問題:用戶為什么要買無人機(jī),?為啥不用有人機(jī)呢?

  無人機(jī)本質(zhì)上說就是讓電腦代替飛行員去開飛機(jī),,同樣載荷的無人機(jī)必然會比有人機(jī)貴,。為啥非要買無人機(jī)呢?還不是因?yàn)轱w行有風(fēng)險(xiǎn),,尤其這些低空飛行,,地形復(fù)雜氣流亂,最近的通用航空接二連三的出悲劇,,每次事故都伴隨著慘烈的傷亡,。

  所以無人機(jī)之所以越來越火,并不是因?yàn)轱w行很安全,,而是飛行很不安全,。我們在做的事情,只是讓機(jī)器代替人去冒險(xiǎn),。

  6,、“我想接地氣”

  你們的無人機(jī)超預(yù)算了,能便宜點(diǎn)不,?——不能,!

  一分錢,一分貨,。亙古不變的真理,,就像你不能指望奧迪雙鉆的四驅(qū)車跑達(dá)喀爾拉力賽,你也不能指望奔馳 G55 賣到奧拓的價(jià)格,。無人機(jī)作為飛行器對可靠性的要求更高,,相應(yīng)的成本控制難度也就更大,。無人機(jī)是個(gè)若干子系統(tǒng)共同運(yùn)作的一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng),每個(gè)子系統(tǒng)出問題都是致命的,,因此為了省錢而采用質(zhì)量稍次的部件都是得不償失的,。

  電池能用便宜的嗎?電腦能用經(jīng)濟(jì)的嗎,?電臺能換成 4G 手機(jī)嗎,?減震墊片能湊合一下嗎?飛機(jī)能換成山寨的嗎,?飛控能換成 ACE 嗎……

  我的回答是都不能,,而且對此非常無奈。不止一個(gè)客戶圖便宜,,買了便宜貨,,摔了又想起來找我們,有意思嗎,?

  7,、“我想省吃儉用”

  無人機(jī)的后期維護(hù)保養(yǎng)與使用成本也是廠家總要回避的問題。但對用戶而言這個(gè)問題非常棘手,。

  在油動無人直升機(jī)中,,發(fā)動機(jī)等硬件的使用壽命是個(gè)非常關(guān)鍵的問題。目前比較常用的是活塞式發(fā)動機(jī),,這種發(fā)動機(jī)一點(diǎn)也不先進(jìn),,對海拔敏感,但是其優(yōu)勢就是耐用,,壽命可以有數(shù)百個(gè)飛行小時(shí),。也正如汽車摩托車,如果保養(yǎng)良好,,其實(shí)際使用壽命可以長于設(shè)計(jì)壽命,。有些比較先進(jìn)的機(jī)型會使用渦輪發(fā)動機(jī),但小型渦輪機(jī)就算是大型國家研究所的產(chǎn)品,,其壽命也僅有幾十個(gè)小時(shí),。

  對于固定翼無人機(jī)而言,機(jī)體的壽命則是關(guān)鍵,。固定翼的采購價(jià)比較便宜,,但受制于使用環(huán)境和飛手水平,一般只能傘降或者撞網(wǎng)回收,。暴力降落也就意味著壽命的巨大縮短,。某軍用固定翼無人機(jī)的壽命也不過 40 個(gè)架次,民用機(jī)的壽命更加可憐。有客戶跟我們抱怨之前用的固定翼無人機(jī)總要換機(jī)翼,,然實(shí)際上經(jīng)常更換機(jī)翼恰恰是說明飛機(jī)質(zhì)量好,,質(zhì)量稍差些的機(jī)體本身的損耗率也很嚇人。

  作為一個(gè)工科男,,并沒有妄議時(shí)下熱門的法律法規(guī)方面的問題,,只是說了些老生常談的問題。這些對無人機(jī)應(yīng)用的制約并不是來自于有關(guān)部門,,而是來自——牛頓,。我想這盆冷水能澆滅一些用戶不切實(shí)際的幻想,也能沖洗掉一部分奸商的謊言,。

  大概看完我的文章,,心中應(yīng)該是哇涼哇涼的。無人機(jī)這也不能,,那也不能,,到底能干什么呢?——不能干的事情越多,,能干的事情也就越多,。高中政治課本就教導(dǎo)過我們:尊重客觀規(guī)律與發(fā)揮主觀能動性是辯證統(tǒng)一的。只有更好的尊重客觀規(guī)律,,更知天高地厚,,才能更大的發(fā)揮作用,。

  “多旋翼的宣傳參數(shù)總能突破物理定律” 沒錯(cuò),,但天津塘沽爆炸之時(shí),某參數(shù)逆天高的電動多旋翼臨危受命,,效果卻還沒某些消費(fèi)級的無人機(jī)好,。

  與之形成鮮明對比的是又有許多參數(shù)非常寒酸的多旋翼,巡線,、架線,、航拍甚至檢測了龍?zhí)逗拥忍卮髽蛏祥L久以來的盲區(qū)。發(fā)現(xiàn)了深藏的安全隱患,,讓橋檢所的專家們都贊不絕口,。

  有些參數(shù)保守,外形簡單的多旋翼,,經(jīng)受住了高強(qiáng)度植保作業(yè)的考驗(yàn),,其效率并不比參數(shù)更漂亮的機(jī)型低。

  還有些看著不科幻,,參數(shù)也不驚艷的油動無人直升機(jī),,真的肩負(fù)起了保衛(wèi)人民生命財(cái)產(chǎn)安全的重任。在小長假時(shí)高強(qiáng)度飛行指揮交通,發(fā)揮了不可替代的作用,。使用方甚至興奮的說出了 “一架警用無人機(jī)的巡邏能力相當(dāng)于 30 輛警車和 150 名警察,,監(jiān)視范圍達(dá)到地面警力的 15 倍?!?這樣連我們廠家自己都不敢說的話,。

  更有些樸實(shí)的無人機(jī),在踏實(shí)的飛手操作下,,發(fā)揮了意想不到的作用,,成功遏制了防不勝防的地下石油管線偷盜問題。

  總之,,無人機(jī)絕非媒體宣傳的那個(gè)樣子,,也有這樣那樣的限制因素,還有許多技術(shù)難題需要解決,。我們要以求真務(wù)實(shí)的態(tài)度重新審視無人機(jī),,這樣才能發(fā)揮無人機(jī)們應(yīng)有的作用,也好給某些好事兒的新聞編輯更多的談資,。


本站內(nèi)容除特別聲明的原創(chuàng)文章之外,,轉(zhuǎn)載內(nèi)容只為傳遞更多信息,并不代表本網(wǎng)站贊同其觀點(diǎn),。轉(zhuǎn)載的所有的文章,、圖片、音/視頻文件等資料的版權(quán)歸版權(quán)所有權(quán)人所有,。本站采用的非本站原創(chuàng)文章及圖片等內(nèi)容無法一一聯(lián)系確認(rèn)版權(quán)者,。如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)和其它問題,,請及時(shí)通過電子郵件或電話通知我們,,以便迅速采取適當(dāng)措施,避免給雙方造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失,。聯(lián)系電話:010-82306118,;郵箱:[email protected]