民用多旋翼無人機現狀及發展趨勢研究

孫振祥 王波

摘要：自2010年大疆精靈系列多旋翼無人機風靡大半個中國以來，多旋翼無人機受到了國內的極大關注，其優越的性能及簡易的操作方式使愛好者們愛不釋手。國內因此而掀起了一波無人機研發熱潮，吸引了一大批學者專家以及創業者的目光，相繼涌現了一大批無人機研發設計公司和單位。本文對多旋翼無人機近幾年的發展進行了簡單介紹，并列舉部分具有代表性的多旋翼無人機產品，最后，本文對制約多旋翼無人機發展的主要因素進行了總結，并對今后多旋翼發展趨勢進行概括。

關鍵詞：多旋翼;無人機;發展趨勢;制約因素

引言

多旋翼是一種可以垂直起降的飛機，發展歷史最早可以追溯到上個世紀初，法國科學家Charles Richet嘗試設計了世界上第一款多旋翼無人機，可惜的是由于當時技術限制，并沒有成功。而后Charles Richet的學生Breguet兄弟Louis和Jacque在他的支持與鼓勵下，設計制造了人類史上第一架有人駕駛的多旋翼飛機，遺憾的是無法對飛機進行有效地控制，該項目最終也以失敗告終[1] 。之后多旋翼技術一直停滯不前，直到九十年代，多旋翼才再次出現在人們的視野中。

按應用領域劃分，無人機可分為軍用無人機、工業級無人機和消費級無人機，其中工業級和消費級均屬于民用范疇。工業級無人機則更注重經濟效益，對巡航速度和續航能力的要求相對較低，對專業技能要求高;消費級無人機主要用于航拍和娛樂，著重拍攝功能和可操作性。

1.消費級多旋翼無人機

2010年以來，全球范圍內掀起了多旋翼無人機的研究熱潮，我國的多旋翼無人機在產業化方面領先世界，大疆公司獨占鰲頭，占據70%的市場[2] 。大疆精靈系列無人機依靠其操縱簡單、攜帶方便、性能可靠等優點，在航拍領域一枝獨秀。之后，隨著大疆在消費級無人機領域不斷的技術積累，經典的御系列無人機應運而生，在各個方面比精靈無人機有過之而無不及。緊隨大疆之后，零度智控、昊翔等多家無人機公司大力投入中小型多旋翼無人機的研發，其中零度智控Dobby、昊翔MANTIS Q等都是性能不錯的消費級無人機。

隨著人們對無人機應用場景的不斷開拓，越來越多的地方開始出現無人機的場景，近年來相對比較火爆的就是無人機編隊表演。隨著RTK技術不斷成熟并引入到無人機系統，消費級無人機不僅僅局限于航拍航測、賽事娛樂方面，零度智控別開新面，首次將多架消費級無人機通過RTK以及組網技術，進行編隊飛行，按照預先設定的飛行航點，完成一系列的有序飛行動作，為人們帶來了耳目一新的表演形式。大漠大、億航、一飛智控等公司后發制人，在編隊飛行表演領域逐漸追趕并超越。

2.純電動工業級多旋翼無人機

消費級無人機領域由于大疆起步比較早，技術比較成熟，產品可靠，又有零度智控、昊翔等知名公司緊隨其后，整個市場已幾乎沒有了小公司的立足之地。于是許多中小型公司將目光轉移到了工業級多旋翼無人機上來。

第一批從事工業級的公司有很多，包括極飛科技、天途航空等公司，主要涉及領域主要包括植保、教學、測繪等領域。2007年成立至今，極飛科技憑借多年的技術積累，其自主研發的P系列植保機具有真正的全自主起飛作業、高精度定位、自主規劃飛行航線的能力，成為了植保領域的領頭羊。天途航空自2008年成立之初就致力于無人機培訓教學，是全國首批獲得可頒發AOPA證書的無人機教育機構之一，同時也是全國最具權威的無人機培訓機構。其它中小型無人機公司不勝枚舉。

3.純油動工業級多旋翼無人機

純電動無人機發展如火如荼，但是其有一個致命的缺陷，飛行時間特別短，難以滿足客戶的使用要求。鋰電池技術正處于瓶頸期，短時間內不會有大幅度的技術提升，就意味著電動多旋翼這一致命缺陷無法解決。一些嗅覺敏銳的學者專家便將目光轉移到油動多旋翼研發上來。

油動多旋翼領域成名比較早，影響力最為突出的莫過于沈陽壯龍無人機公司自主研發的大壯、小壯系列油動多旋翼。早在2014年，還是沈陽航空航天大學教師的姜文輝老師就帶領著一批研究生投入到油動多旋翼無人機系統的研發中，潛心研究發動機在多旋翼領域的應用，2015年姜老師帶領其研發團隊成立沈陽壯龍無人機科技有限公司，之后其大壯、小壯系列純油動多旋翼相機發布，在油動多旋翼領域獨領風騷。

4.油電混合工業級多旋翼無人機

油動多旋翼雖然有航時長的特點，但是其結構的復雜程度也超乎想象，雖然有成功案例，但更多的是以技術不過關而失敗告終。電動多旋翼結構簡單操作方便，油動多旋翼續航時間長，在嘗試油動多旋翼失敗后，就有人設想能否將兩種動力融合在一起，設計一款油電混合多旋翼無人機，由此，油電混合多旋翼開始進入人們的視野。2015年由德國人設計的一款Yeair油電混合多旋翼，由于其獨特的技術革新，引發了一股油電混合熱潮。Yeair的工作原理是先由發動機帶動發電機發電，然后發電機給電動機供電，從而帶動槳葉轉動。這是一次新的技術革命，其工作原理給我們帶來了很大的啟發，于是乎在國內又引發了一次油電混合熱潮。參照Yeair的設計理念以及工作原理，憑借雄厚的技術以及資金支持，中科靈動航空科技發布了靈動鷹系列油電混合多旋翼，續航時間可以達到4個小時，絕對是多旋翼領域中的佼佼者，續航能力足以碾壓市場上95%以上的多旋翼無人機。

5.氫燃料電池工業級多旋翼無人機

在很多人追逐混動多旋翼、油動多旋翼的同時，也有人將目光集中在了新能源動力上，其中最容易實現的莫過于氫燃料電池。Horizon能源系統旗下的Horizon Unmanned Systems公司推出了采用全新驅動方式的四翼無人機Hycopter[3] ，采用氫燃料電池動力的多旋翼無人機，創造了超過四小時的飛行續航記錄，續航能力超過市面上的普通多旋翼無人機的8-10倍。繼Hycopter之后，國內一些新能源公司，開始利用雄厚的技術儲備來進軍無人機行業。2015年10月，來自武漢的眾宇動力系統科技有限公司推出的六旋翼無人機—“游騎兵”采用燃料電池為動力，在零下五度，風力四級的條件下完成了兩個小時的飛行。2016年盛澤科技發布了一款氫燃料電池多旋翼無人機，續航時間可以達到4h以上。可惜的是由于技術不夠成熟，同時氫燃料電池在使用時仍存在一定的風險，導致氫燃料電池多旋翼并未真正的進入無人機市場。

6.系留多旋翼無人機

系留無人機本身并不帶電池或者發動機等動力源，而是通過一根光電復合纜將地面的電能以及控制信號傳輸給飛行器，地面供電持續不斷，則飛行器則可以24小時持續滯空。2017年3月，北京卓翼智能科技有限公司攻克了系留無人機多項難題，成功的實現了超長航時系留飛行。后續參與系留無人機研發的公司接踵而至。但由于飛機飛行范圍有限，市場反應并不是很好，仍需繼續開發或升級系統。

多旋翼無人機應時代潮流而生，又因市場需求不同而發展多樣化。多旋翼無人機本身只是一個飛行平臺，無人機現有的市場雖然很大，但無人機本身其實并無用武之地，自身穩定可靠的飛行性能配合其搭載的載荷設備才使無人機發揮了無與倫比的市場優勢。因此，多旋翼無人機的發展在很大程度上依賴于市場需求或者任務載荷需求。

其中航拍無人機，在大疆創新的努力下，已經發展到一個巔峰的高度，地位不可撼動。而其他領域無人機，目前仍是百花齊鳴，并未有哪家公司獨占鰲頭。但無論是市場需求還是載荷設備，都要求多旋翼控制簡單、可靠，運輸攜帶方便，最重要是航時盡可能長。雖然油動多旋翼、混合動力多旋翼、氫燃料電池多旋翼、系留多旋翼等在一定程度上提高了續航時間，但也帶來了各種各樣的問題，如油動多旋翼重量大攜帶不方便，系留多旋翼系統龐大且活動空間有限等。綜合各方面因素考慮，純電動多旋翼無人機系統才是未來的發展重點以及最終發展方向，所以在未來很長一段時間內，制約多旋翼無人機發展的將會是續航能力，這也是多旋翼無人機能夠實現長足發展必須攻克的難關。

結束語

多旋翼無人機種類雖多，但隨著時代的發展，不會被淘汰的只有一種，那就是電動多旋翼無人機。電動多旋翼無人機無論是在技術還是在市場方面都有其獨特的優勢，這些優勢是其它類型無人機不可替代的，也是人們以后不可或缺的需求，因此多旋翼無人機發展只會越來越好。但是由于目前電池技術的限制，使得多旋翼的發展遇到了一個難以逾越的瓶頸。可以預見，在未來幾年電動多旋翼無人機無法得到跨越式的發展，但也不會因此而退出市場，只會不斷地進行技術積累以及市場探索，慢慢發酵，等到時機成熟，它將再一次君臨無人機領域，無可比擬。

參考文獻：

[1] .王鋒，吳江，周國慶，等.多旋翼飛行器發展概況研究[J].科技視界，2015（13）：6-7.

[2] .王培基.一種無人機螺旋槳的設計與實驗研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2017.

[3] .全球無人機網.首款氫燃料電池動力多旋翼無人機誕生 一次可飛行4小時.[2015-05-20].https：//www.81 uav.cn/ uav-news/2 01505/20/10198 .htm

（作者單位：一飛智控（天津）科技有限公司）