姜連濤

歷史上看，人們對(duì)于多旋翼飛行器的研究是非常早的，載人多旋翼式飛行器作為最早的直升機(jī)飛上天空。早在1907年，第一架旋翼機(jī)“旋翼機(jī)1號(hào)”（圖1）就被法國Breguet兄弟制造出來并第一次試飛。但該飛機(jī)沒有設(shè)計(jì)控制裝置，只能算勉強(qiáng)升空，飛行穩(wěn)定性很差。在第一次試飛中，該飛機(jī)離地約0.6米，留空1分鐘，被認(rèn)為是第一次實(shí)現(xiàn)載人旋翼飛行器的飛行。在后續(xù)的試飛中，這架飛機(jī)飛到了約1.5米的高度，飛行高度雖然不高，留空時(shí)間也不長，但卻邁出了旋翼飛行器史上的一大步。

1921年，George De Bothezat在美國俄亥俄州西南部某城市空軍基地制造了一架大型的四旋翼直升機(jī)（圖2）。1922年12月首飛，飛行高度約2米，飛行距離約152米，留空1分42秒。在隨后的幾年中，先后進(jìn)行了100多次飛行試驗(yàn)，但是沒有達(dá)到美國空軍標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)檐姺秸J(rèn)為四個(gè)旋翼只要有一個(gè)失效，就會(huì)出現(xiàn)很嚴(yán)重的危險(xiǎn)情況。

1924年，工程師Oemichen設(shè)計(jì)的四旋翼飛行器（圖3）實(shí)現(xiàn)了1千米的垂直飛行，留空14分鐘。

1956年，Convertawing制造了一架四旋翼飛行器（圖4），該飛行器的螺旋槳直徑超過了19 英尺，用了兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)，通過改變每個(gè)螺旋槳提供的推力來控制飛行器，這一思路與當(dāng)今多旋翼無人機(jī)的控制思路十分相似。

此后數(shù)十年，作為多旋翼無人機(jī)的大腦和感覺器官的微控制器和傳感器發(fā)展不成熟，多旋翼飛行器的發(fā)展受到局限。直到近些年來，隨著自動(dòng)控制技術(shù)、微機(jī)電技術(shù)的進(jìn)步以及制造業(yè)的極大發(fā)展（圖5），多旋翼無人機(jī)終于迎來了自己的春天。

軍用無人機(jī)的快速發(fā)展，也帶動(dòng)了無人機(jī)在民用領(lǐng)域中的發(fā)展，多旋翼無人機(jī)作為民用無人機(jī)的代表出現(xiàn)在人們的視野中，并有席卷微型和輕型無人機(jī)市場之勢。四旋翼無人機(jī)的設(shè)計(jì)制造最為簡單容易，飛行技術(shù)也相對(duì)容易掌握，逐步成為民用無人機(jī)的重要類型。

新時(shí)代的多旋翼無人機(jī)經(jīng)歷了以下幾個(gè)發(fā)展階段。

在生產(chǎn)制造方面，德國一家公司2006年推出的Md4-200四旋翼系統(tǒng)（圖6），開創(chuàng)了電動(dòng)四旋翼在專業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的先河，2010年推出的Md4-1000四旋翼無人機(jī)系統(tǒng)（圖7），在全球?qū)I(yè)無人機(jī)市場取得了成功。另外，德國人H.Buss和I.Busker在2006年主導(dǎo)了一個(gè)四軸開源項(xiàng)目，從飛控到電調(diào)等全部開源，推出了四軸飛行器最具參考的自駕儀Mikrokopter。2007年，配備該自駕儀的四旋翼像釘子一樣停留在空中。很快他們又進(jìn)一步增加了組件，甚至使它能半自主飛行。

之前一直被各種技術(shù)瓶頸限制的多旋翼飛行器系統(tǒng)瞬間被炒得火熱，大家驚喜地發(fā)現(xiàn)居然有這樣一種小巧、穩(wěn)定、可垂直起降、機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單的飛行器的存在。一時(shí)間研究者蜂擁而至，紛紛開始多旋翼飛行器的研發(fā)。而國內(nèi)的愛好者、企業(yè)、研究所等也開始扎堆研究，并開設(shè)了一些論壇，加快了四旋翼無人機(jī)的發(fā)展速度。

經(jīng)過2004年至2010年6年的努力，法國派諾特（Parrot）公司于2010年推出了AR.Drone四旋翼無人機(jī)（圖8），從而開啟了消費(fèi)級(jí)多旋翼無人機(jī)的新時(shí)代。該無人機(jī)在市場上非常成功，其技術(shù)和理念也十分先進(jìn)。例如，它采用光流技術(shù)，能夠在室內(nèi)懸停，并且做到了一鍵起飛，操控性得到了極大提升。此外，它還可以使用手機(jī)、平板電腦或者筆記本電腦控制，視頻可以直接回傳至電腦，娛樂感較強(qiáng)。

AR.Drone推出兩年后，中國的大疆創(chuàng)新推出了“精靈1”無人機(jī)（圖9），“精靈”系列無人機(jī)控制簡單，使用方便，可以搭載Gopro運(yùn)動(dòng)相機(jī)，一推向市場便迅速走紅。

大疆在創(chuàng)新的“精靈4”無人機(jī)大獲成功之后，相繼推出了一系列的多旋翼無人機(jī)，“精靈”已經(jīng)從第二代更迭至第四代，擁有了環(huán)境感知能力和更好的飛行性能。此外，大疆創(chuàng)新的“悟”“御”“曉”等系列無人機(jī)的推出（圖10、圖11），使得無人機(jī)產(chǎn)業(yè)更加迅速發(fā)展。與此同時(shí)，中國作為世界消費(fèi)級(jí)無人機(jī)的主要?jiǎng)?chuàng)造國和制造國，相繼誕生了很多優(yōu)秀的無人機(jī)廠商。在市場競爭下，無人機(jī)正在向更加專業(yè)、更加智能的方向發(fā)展。

未來，無人機(jī)將會(huì)在各個(gè)方面深入到我們的工作和生活，作為空中機(jī)器人，無人機(jī)正振翅待發(fā)，向著更光明的前景起飛！

知識(shí)小貼士：你知道嗎？自供電無人機(jī)最長飛行時(shí)間的世界紀(jì)錄是由中國無人機(jī)廠商天津中航通生產(chǎn)的油電混合“歐靈”（Owling）無人機(jī)（圖12）創(chuàng)造的，“歐靈”攜帶10.5 L油，在天津大學(xué)八里臺(tái)工業(yè)園飛行了7.3小時(shí)，創(chuàng)下電動(dòng)多旋翼無人機(jī)續(xù)航最長時(shí)間的世界紀(jì)錄。未來一定會(huì)有更多續(xù)航時(shí)間更長的無人機(jī)誕生，讓我們拭目以待吧！

（編輯 孫世奇）