當(dāng)前播報:還是中國團(tuán)隊研發(fā)，這次是上天入水無縫切換的兩棲無人機
2023-03-06 10:34:34 來源：手機網(wǎng)易網(wǎng)
撰文|小魔
空中無人機可以進(jìn)行運輸監(jiān)視，可以高速執(zhí)行遠(yuǎn)距離飛行任務(wù)，而水中無人機則可以悄無聲息地探索水下環(huán)境。
(相關(guān)資料圖)
那么問題就來了，如果將兩種無人機功能結(jié)合在一起，會創(chuàng)造出什么樣的產(chǎn)物呢？
今天我們要介紹的TJ-FlyingFish就是一款能提供兩棲服務(wù)的好東西，這款四軸無人機不但能飛上藍(lán)天，也能夠在墨色的深水中潛行。
該水空兩棲無人機原型機是由同濟(jì)大學(xué)上海智能自主系統(tǒng)研究所和香港中文大學(xué)無人系統(tǒng)研究小組的科學(xué)家團(tuán)隊合作開發(fā)而來。
乍一看，TJ-FlyingFish和普通四軸飛行器似乎沒什么不同——它由一個中央圓頂機身和呈十字型對稱分布的四條機臂組成，每個機臂的末端都設(shè)有一個推進(jìn)裝置（電機/螺旋槳模塊）。
然而，與普通四軸飛行器不一樣的是，TJ-FlyingFish的每個推進(jìn)裝置里都包含有一個特殊的兩擋變速箱，安裝它的機臂則可以相對于無人機的其余部分進(jìn)行獨立旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)無人飛行時，它的四個推進(jìn)裝置與螺旋槳都會朝向上方，并用兩擋轉(zhuǎn)速中較高的一擋來控制螺旋槳獲得足夠的升力進(jìn)行起飛與盤旋，這點和普通四軸無人機的飛行方式?jīng)]有任何區(qū)別。
不過一旦TJ-FlyingFish降落到水面上，這些推進(jìn)裝置就會朝下旋轉(zhuǎn)180度，然后切換到低速擋旋轉(zhuǎn)螺旋槳，將無人機拉到水面以下。
為了在完全潛入水中后進(jìn)行垂直和水平移動，無人機會根據(jù)需求調(diào)整每個推進(jìn)裝置的角度和推力。也就是通過這一系列的自我調(diào)整，無人機可以在水面游泳，或深入水下潛行。
這些并不算完，一旦它完成了水下的工作，該款無人機還可以返回到水面上飛走。
在目前的原型機測試驗中，這款重量為1.63公斤的TJ-FlyingFish在每次電池充滿電后，可以進(jìn)行大概6分鐘的盤旋飛行，或在水下移動40分鐘。這款無人機最多能下降到水下3米的深度，其水下最高行進(jìn)速度為2m/s。
此外，根據(jù)參與研發(fā)的工程師之一香港中文大學(xué)的陳斌教授介紹，這架無人機是完全自主的，在其兩棲旅行的任何時候都不需要人類的操控或幫助，它可以完全離線執(zhí)行所有操作。
而且，相比于其他實驗性水空兩棲無人機，TJ-FlyingFish有著更輕的重量，因為它并非像后者一樣只是在標(biāo)準(zhǔn)四軸飛行器機體上添加了水下硬件。
開發(fā)人員也為TJ-FlyingFish列出了幾種未來可能的應(yīng)用場景，包括航空攝影、遙感以及陸地和水中的搜索和救援行動。例如，當(dāng)檢查海上風(fēng)力發(fā)電場或是搜索一些人類難以進(jìn)入的水域時，該款無人機都可以發(fā)揮作用。
其實，設(shè)計一款可以在空中飛行和水下探索之間無縫過渡的兩棲飛行器是一項很難的挑戰(zhàn)。
因為在穿越空氣——水面時，附加質(zhì)量、流體阻力和“地面效應(yīng)”的顯著變化意味著這款跨媒介混合飛行器必須擁有合理且強大的推進(jìn)系統(tǒng)。
跨媒介無人機還必須能夠在不同的環(huán)境中精確控制其推進(jìn)速度。在空中移動得太快，會讓無人機會遇到很大的空氣阻力，而在水中如果移動得太慢，它也會遭遇到極大的水中阻力。無人機的質(zhì)量中心也必須經(jīng)過仔細(xì)平衡，以確保潛水作業(yè)中的浮力和空中飛行時的穩(wěn)定性。
除了物理結(jié)構(gòu)上的設(shè)計，開發(fā)能夠在空中和水中有效工作的傳感和通信系統(tǒng)也是個大問題，因為不同的環(huán)境給這些系統(tǒng)帶來了不同的挑戰(zhàn)。例如，由于電磁波在水中的衰減，就會讓水下通信變得更加困難。
最后，當(dāng)工程師克服了所有上述挑戰(zhàn)之后，他們還必須設(shè)計出一種足夠小、足夠輕的設(shè)備，使其能夠有效地飛行，同時也要有足夠的耐用性來承受水下作業(yè)的壓力。
開發(fā)水空兩棲無人機雖然難度很高，但是除了TJ-FlyingFish的開發(fā)團(tuán)隊并非沒有其他工程師嘗試這項挑戰(zhàn)。
事實上早在2016年，新西蘭奧克蘭大學(xué)的科學(xué)家們也曾開發(fā)過一款飛行&水下游泳的四旋翼無人機，該無人機被稱為LoonCopter。
在飛行方式上LoonCopter與TJ-FlyingFish無人機都差不多，但它的潛航功能卻與后者有很大差別，LoonCopter機身下方配有一個浮力室，它并非靠推進(jìn)裝置調(diào)整自身角度來游泳或潛水。
當(dāng)LoonCopter水平地降落在水面后，它會將水吸入自己的浮力室，使其機身向一側(cè)傾斜。然后，該無人機則利用其現(xiàn)有的垂直螺旋槳在水中移動。
一旦到了需要再次升空的時候，它就會抽出浮力室里的水，使自身浮回水面并搖擺到機身朝上，然后再使用垂直螺旋槳起飛離開水面。
LoonCopter設(shè)計的特點是，當(dāng)它在水面上漫游時不會消耗能量，并且它還可以用很小的動力（不使用螺旋槳）改變和控制自身的潛航深度，因此當(dāng)有障礙物靠近無人機時，它不需要浪費能量控制螺旋槳，直接就能浮出水面，能為無人機水下作業(yè)節(jié)約不少能量。
不過就像剛才提到的，由于開發(fā)難度十分大，無論是TJ-FlyingFish還是LoonCopter，將這些兩棲無人機從原型機孵化為量產(chǎn)機的道路都不會那么順利。如果你想要一款既能上天又能入海的航拍器，至少還要再等上那么幾年?！綞ND】
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