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无人机千亿市场,中国企业有望争夺“制空权”

2016-04-01 16:17:01来源:新势力科技 作者:admin 点击次数:6935次字号:|
无人机,即无人驾驶飞行器(Unmanned Aerial Vehicle,UAV),是一种由动力驱动、机上无人驾驶、可重复使用的航空器的简称。

无人机,即无人驾驶飞行器(Unmanned Aerial Vehicle,UAV),是一种由动力驱动、机上无人驾驶、可重复使用的航空器的简称。


航模与无人机有着本质的差别。航模主要采用手动/半自主控制方式,自动驾驶仪能够保持多旋翼飞行器的姿态稳定(或定点)等,但还是需要通过人员遥控操纵,只允许视距范围内飞行,不能用于商业行为。而无人机采用全自主控制方式,自动驾驶仪的控制算法能够完成航路点到航路点的位置控制以及自动起降等,地面人员进行任务级规划,可以超视距飞行,搭载任务载荷可以进行商业行为。


特种航空器or空中机器人?复合属性背后的三维驱动力隶属航空体系之下,管理政策沿袭通航


无人机出现在有人驾驶飞机之后并以其为基础。延伸到行业层面,无人机自然也涵盖在大航空产业之内。具体到民用无人机,作为一类特种航空器,它属于通用航空范畴,具备方式多样性、需求广泛性以及主要活动在低空领域等特性。


在航空体系中,一种新兴的飞行器首先面临两大问题:首先是如何去飞,即飞行性能和机型设计选择问题;其次,也是更重要的,是该怎么飞,即政策监管问题。无人机当然也不例外。


三种机型各有所长,多旋翼独领小型无人机风骚对于无人机而言,不同的机型,在飞行效率、姿态控制原理、数学模型、气动特性、操作方法及适用的任务均不同。纵观无人机的历史(详见附录),三种机型各有所长,相互之间替代性较弱,发展成熟后在不同的领域发挥作用。


固定翼无人机的动力原理相对简单:一般通过机身前部或者后部的螺旋桨推送空气提供反向动力,同时在高空中借助气流飞行与姿态调整。借助副翼,升降舵,方向舵提供无人机飞行需要的横滚,俯仰,姿态力矩。一般小型固定翼无人机会搭载一个或若干无刷电机,连接定距螺旋桨提供飞行动力;若干舵机分别控制副翼,升降舵,方向舵以提供姿态力矩。


传统小中型固定翼无人机由于机身尺寸和载重能力限制,一般不具备搭载过大的动力系统的能力,因此需要借助外力起飞。手抛起飞一直是小型固定翼飞机的重要起飞方式。随着无人机尺寸的增大,挂载设备后重量提升,另外一种常见的固定翼无人机起飞方法——弹射起飞更加适用。


固定翼无人机在没有电源时具备天然的滑翔能力,对驾驶与技术失误的“鲁棒性(robustness)”更强,可以在电量较低时携带更大载重,飞行更远距离。但对于需要精确悬停的飞行任务而言,固定翼无法定点悬停的缺点就会凸显出来,只能围绕着某点进行圆周盘旋飞行。


无人直升机的机械结构比较复杂,包括主旋翼、尾桨、垂尾、平尾、副翼、主旋翼结构件、起落架等。其姿态控制力矩来自于主旋翼和尾桨,主旋翼提供俯仰和横滚所需的姿态控制力矩,尾桨提供偏航力矩。


直升机将拉力投影到纵向和横向上并产生姿态控制力矩是通过主旋翼挥舞实现的。主旋翼通过自动倾斜器调节周期变距实现挥舞运动,通过这样的结构将伺服电机的转动变化为倾斜器角度变化,再控制桨距角发生变化,最终将主旋翼的升力投影在运动方向上驱动直升机实现三个方向上的直线运动。


直升机型无人机在各类机型无人机中机动性最好,气动效率、负载能力、飞行模式、续航能力等方面较为优秀。对于工业级用户,实际作业时往往要适应更加复杂、苛刻的飞行环境并携带大量专业设备,无人直升机在这种条件下比多旋翼更加机动、灵活、耐久。因此,无人机型直升机对于一些工程项目、专业航拍等任务而言是最优解决方案。


多旋翼无人机的特点是不需要跑道便可以垂直起降,起飞后可在空中悬停。多旋翼机械结构非常简单,动力系统只需要电机直接连桨,一般没有活动机械连接部件。因此,多旋翼的可靠性基本上取决于无刷电机,在正常飞行过程中相比其他两种机型更加安全可靠。此外,多旋翼勤务性是最优的,若电机、电子调速器、电池、桨和机架损坏,很容易替换。


它的操控原理也较为简单,操控器上四个遥感操作对应飞行器的前后、左右、上下和偏航方向的运动。在自动驾驶仪方面,多旋翼控制方法简单,控制器参数调节简便。


随着电池能量密度的不断提升、材料的轻型化和机载设备的不断小型化,多旋翼的优势将进一步凸显。不过,多旋翼的发展瓶颈在于,运动和简单结构都依赖于螺旋桨及时的速度改变以调整力和力矩,不适合推广到更大尺寸的机型。


探究产业性质,实际属于机器人


作为航空器,无人机有其特有的飞行属性和监管特点;而当它以此为基础,在尖端科技的加持下逐步发展壮大,并与传统产业相融合,无人机的机器人性质就愈发凸显。


无人机属于特种机器人的一种。特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人,包括:服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人、机器人化机器等。


根据这一定义,无人机在技术性、人力替代方面均表现抢眼,即将率先成为特种机器人的产业化标杆。


六大技术,展现机器人之心


无人机既是空气动力学探索创新的平台,也是新概念新技术应用的理想载体。由于不用考虑人体限制,无人机研制成本较有人驾驶航空器有所降低,并且放宽了设计限制条件。


回顾无人机过去一百年的发展史(详见附录),我们发现:无人机不同于传统飞机,不能载人上天,某种程度上是与人类的千年飞天梦有所背离的产物。正因为此,无人机曾多次被搁置、冷落。但是,随着技术的不断完善,当性能和控制上的短板被补强,无人机独特的远程操纵、机动灵活等特点逐步显现,成为现代战争和民用工业领域的刚性需求产品。所以,无人机是典型的技术驱动型产品。


整个无人机系统可以分为五大部分,分别是机身主体、动力系统、控制系统、通讯链路和任务载荷,各部分又包含多种组件。


就目前发展阶段而言,无人机共有六大主流核心技术:飞控、云台、相机、图传、避障、机器视觉。

关键词:无人机 千亿市场