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灵感来源于野鸭子,这种无人机能自娱自乐飞行一夏天!

相比于多旋翼无人机,固定翼无人机是一种飞行效率更高、速度更快、续航能力更强的飞行器。但是,由于固定翼无人机对于起飞和着陆的要求比较高,所以在长期自主性飞行方面还有诸多挑战。想要无人机连续自主飞行数天或者数周时间,并且不依赖于任何特殊的着陆台和设施,那就需要研究者多开脑洞啦。

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就在前不久的机器人与自动化国际会议(ICRA 2017)上,加拿大舍布鲁克大学(University of Sherbrooke)的研究人员就提出了一种创新性的设计思路——用湖泊作为着陆台,通过一种巧妙的铰链设计,使得固定翼无人机能够在湖面高效的起飞,并利用太阳能及时充电,自主环游整个加拿大的湖泊!

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这种固定翼无人机叫做SUWAVE(Sherbrooke University Water-Air Vehicle),着陆时直接坠落在湖面上,停航时漂浮在湖面并通过太阳能板充电,然后凭借其特殊设计的铰链螺旋桨从湖面再次起飞。

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研究人员的灵感来自于野鸭在水面的起飞。舍布鲁克大学Alexis Lussier Desbiens教授说:“看到野鸭在水面起飞的慢镜头了吗?那就是整个项目的灵感所在!”

想要无人机实现长距离的持久飞行,还真是得选固定翼设计,因为固定翼的气动效率是旋翼无人机所无法比拟的。认清这一点之后,所有的问题只需围绕如何根据固定翼无人机的特殊需求——起飞和降落——进行折衷设计。

固定翼无人机的起飞是非常有挑战性的,因为它必须先离开地面,然后螺旋桨才能工作,并且同时还需要一定的离开速度才能升空。

通常的做法包括使用弹射器之类的东西,但是这对于长程自主飞行来说是不切实际的。还有一些方案会针对无人机垂直起落的尾座设计、机翼或者额外的支撑等复合设计。但是,这些复合系统既复杂又低效,并且仍旧需要担心其是否能找到可靠的安全着陆点。

SUWAVE固定翼无人机就一次性地解决了所有这些问题:仅仅变为从水上起落。这种水上起落方式既让人吃惊又让人怀疑,因为没有人提出过这种想法。

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SUWAVE降落的方法也很简单:选择任何你想要的方式“撞向”最近的湖面。这种降落方式听起来都疼,但是对于重量仅为584克的SUWAVE来说,它受到的冲击仅有大约15g,这对于其自身的设计强度来说基本不值一提。更不用说,SUBWAVE本身还是防水的,并且能够漂浮在水面上。

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图丨SUWAVE起飞过程示意图:释放闩锁、较重的机身中部摆动、发动机和螺旋桨升空。

当SUWAVE再次起飞的时候,只需要释放一个小闩锁,较重的机身中部(包含后端的电池以及前端的发动机等)将围绕机翼前端自由摆动。因为较重的电池在后端,所以机身中部后端会沉没在水中,这将使前端的发动机和螺旋桨指向空中。

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一旦发动机启动,将牵引无人机从水中飞出并升空,机身中部也将摆回与机翼对准并锁紧。除了闩锁之外,整个起飞方法都是无源的,并不需要任何传感器或者驱动器。并且,必要的时候还能用于翻转整个机身。

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利用湖泊作为着陆台,不仅仅因为其易于发现、平坦且柔软,除此之外,湖泊还是理想的充电场所。SUWAVE的机翼上装有太阳能电池板,所以当其平稳地漂浮在湖面时就能及时充电。

研究者称,加拿大境内的湖泊相互之间的平均间距大约20千米,所以SUBWAVE无人机只需通过不断地重复跳湖、太阳能充电、再次起飞,就能实现长距离的航行。换句话说,SUWAVE能够自娱自乐在加拿大各个湖泊中玩一整个夏天!(来源:麻省理工)

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