无人机,或许并不是你想象的那个样子

无人机,或许并不是你想象的那个样子

无人机,或许并不是你想象的那个样子

现在的无人机是个不折不扣的新闻热点,媒体的编辑们自然也在跟风炒作无人机的新闻。大体上来说,新闻在炒作两个方面的内容:1,无人机很便宜了,普通消费者都可以买来自拍。2,无人机很强大,十八般武艺样样精通,消灭恐怖份子如捏死蚂蚁。

这两方面内容单说起来都是对的。一方面现在确实有一些无人机非常便宜,诸如大疆、零度等消费级无人机,仅仅一个智能手机的价格就能买到,还有些玩具遥控飞机,几百块钱就能拍照;另一方面,最近又确实涌现出一些诸如彩虹-4、捕食者、利剑隐形无人机,性能强大到能打世界大战用。

但要是合起来说:无人机便宜而且强大。那非常的不对。这些便宜的消费级无人机,除了当玩具之外,啥也干不了;而像捕食者这样的作战用无人机,价格突破1000万美金。

消费级无人机不过是富家子弟的玩具,察打一体的军用无人机则由肉食者谋之。倒是那些很少见于报端的工业级无人机辛苦的劳作,解决了许多棘手的问题,是诸多行业的工作者都需要的。

工业级无人机具有一定的设计冗余度,有一定的载荷和航程,有相当的任务扩展能力,有广泛的用途。而价格也不像军用无人机那样的天文数字。

但在对工业级无人机憧憬之前,我还是想把话题拉回到现实:工业级无人机也有这样那样的限制因素,有许多要求是想做做不到的。

1,“我想飞得更高

飞行的相对高度对于一般的无人机使用者而言是并不重要的性能,因为绝大多数用途都在低空甚至是“贴地飞行”,即使是航拍也不会飞太高,太高了看看不清底面。但是飞行的海拔高度对于高原地区的用途而言则是一个非常重要的参数。

高空空气稀薄,一方面会让螺旋桨的效率下降;另一方面也会让动力系统的效率下降。目前业内燃油动力的无人机一般使用自然吸气的二冲程发动机,随着空气的稀薄进气效率降低,动力自然也就会下降,同时因为气压的下降汽油的沸点也随之下降,到一定高度会在常温中沸腾。这些活塞式的油动的无人直升机一般空载最高只能飞到两三千米,满载的高度会更低。

倒是电动机对海拔不那么敏感,在高海拔地区还可以飞行。但是高原地区的低温则会让电池的容量降低。让本就不长的续航时间更捉襟见肘。

2,“我想飞得更远”

无人机的飞行活动半径是绝大部分用户都关注的问题,也是个重要指标。但飞行半径却不是想大就能大的。制约无人机飞行半径的有两方面:飞机的机械极限与电台的控制半径。

无人机本身因为续航时间的限制,其飞行半径就是有极限的。尤其电动多旋翼,任务飞行时间只有20分钟左右,再考虑起飞降落的时间,飞控半径一般都在1公里左右。

同时因为微波的物理性质,地面对无人机的操控距离和无人机图传回来的距离都不会太远。无人机手动控制的遥控器,其频率为2.4G,波长很短,基本没有绕射能力,其控制半径只能到1公里,而且很怕遮挡。

中大型的无人机可以装机载数传电台,频率在几百兆的跳频数传电台,波长稍长,稍有一定的绕射能力。但是也比较怕遮挡,不光担心遮蔽,也担心多路径效应。原则上来说也是要求“通视”的。很不幸的是我们所在的地球是圆的,所以受制于地球曲率的影响,低空飞行的遥控距离也不会太长。所以中型的无人机遥控距离25公里,大型的也是如此。有些无人直升机标称控制半径很远,能到150公里,但要达到如此远的距离需要飞到极限升限3000米高。这么高的飞行高度,一般的光学设备已经难以看清地面,失去了实用价值。

一些人想到用3G或者4G移动网络实现类似“星通”的效果,但很可惜就算抛开高额的数据流量价格不说,其可行性上也有问题。一方面从平面地图上来说移动网络是以各个基站为圆心的圆所组成的蜂窝,交接处信号有盲区,在飞行中非常明显;一方面从立体空间来讲,移动网络是以基站信号塔为中心的向下伞状覆盖,移动网络只在地表信号好,在空中这个盲区更厉害。

3,我想再飞一会儿

毫无疑问,续航时间对于无人机而言是个非常重要的指标。很多情况下制约无人机活动半径与飞行相对高度的最重要因素就是无人机本身机械部分的续航。客户也经常会问:你们的无人机,续航时间能长一点吗?

通常情况下:不能!显而易见,不管是无人机还是有人机,制约滞空时间的主要都是能源。因为对于密度大于空气的这些飞行器而言飞行的每一分钟都在与重力搏斗。

对于燃油动力的无人机,能源的载体就是燃油。不管是汽油,柴油还是航空煤油,其热值都是一定的。飞得时间久就需要多带油;多带油就需要更大的飞机;更大的飞机也就更费油。以目前最成熟的AF25B无人直升机为例:飞机空重16公斤,最大起飞重量32公斤,每飞1小时需要烧掉4公斤的油。所以即使把所有的载荷都换成燃油,其续航时间在理想情况下也就是4小时。考虑到任务设备的重量和配重造成的载荷损失,能飞到2小时已经是极限。有一些更大的机型,可以用更复杂同时燃烧效率更高的发动机,可以将燃料占总重量的比例提高,但也是有极限的,即使是S100和APID60这样昂贵的无人机,其滞空时间也不过4-6小时。

对于电动的无人机而言,续航时间则更加捉襟见肘。尤其对于多旋翼而言,由于电动机的响应快容易控制,电动是其福音。然另一方面电动又是制约其续航时间的一个巨大难题。

因为电能的载体是电池,然电池的重量很大且空电池不会变轻,而且对于电动机而言随着负载的增大其耗电量会激增。所以电动无人机不是往上堆砌电池续航时间就能增加的,而是一个函数取极值的问题。即使是大名鼎鼎的MD4-1000,其任务飞行时间也不过25分钟。

4,我想风雨无阻

你们的无人机能抗几级风?

这是客户很关心,也是我们很关注的一个实际问题。无人机的飞行介质就是在风中行走,有风就相当于路不好走。无人直升机的抗风性平心而论还是相对比较不错的,五六级风都能飞,因为其重心低而升力点再上,即使风大些也未必出问题。当然风大了,风险总还是会增大,就好比路太烂坦克也怕翻车。一个是怕超过极限失控,还一个是怕螺旋桨因柔性而与其它部分打架。尤其是双桨共轴的无人机直升机。

不过对于多旋翼而言,情况恐怕就没有那么乐观了。因为多旋翼像走平衡木,升力点并没比重心高多少,非稳定结构,也非完全控制结构。所以就算是很大的八旋翼,能抗5级风也就很勉强了。

你们的无人机能防雨吗?

不能!无人机的电子设备尤其是舵机,发热量是很大的,防雨做的太好会导致散热不好。所以即使是油动直升机,也不过是短暂防淋雨,突然下雨赶紧返航可以,冒雨飞行不行。

倒是一个小型多旋翼能防雨,就是德国的那个大名鼎鼎的MD4无人机能防雨,MD4也因此可以卖到如此昂贵的价格。

5,我想靠谱

厂商们大都回避一个问题:风险。一方面确实有些小厂的无人机土法上马,或者太激进,可靠性不佳,另一方面,无人机飞行有风险是不可避免的,除了故障还有不可抗力。

为了提高可靠性,飞机会采用成熟的机体或者冗余度更高的设计。直升机尽量用进口AF25B,多旋翼则用八旋翼;另一方面飞控采用像MP2128这样的经过多年验证,甚至是AX100这样的军用级飞控;飞手要经过长时间的练习,地勤也要兢兢业业。

但不管再可靠的机器都不敢保证万无一失,而且飞机在天上飞还要考虑环境因素的影响。“绝对可靠”是不现实的。所以无人机的飞行必须规避人口密集区、飞机有异常就得检修,就不能逞能,不管有多少钱的合同,多大的领导期望。

我们不妨再换一个角度想这个问题:用户为什么要买无人机?为啥不用有人机呢?

无人机本质上说就是让电脑代替飞行员去开飞机,同样载荷的无人机必然会比有人机贵。为啥非要买无人机呢?还不是因为飞行有风险,尤其这些低空飞行,地形复杂气流乱,最近的通用航空接二连三的出悲剧,每次事故都伴随着惨烈的伤亡。

所以无人机之所以越来越火,并不是因为飞行很安全,而是飞行很不安全。我们在做的事情,只是让机器代替人去冒险。

6,我想接地气

你们的无人机超预算了,能便宜点不?——不能!

一分钱,一分货。亘古不变的真理,就像你不能指望奥迪双钻的四驱车跑达喀尔拉力赛,你也不能指望奔驰G55卖到奥拓的价格。无人机作为飞行器对可靠性的要求更高,相应的成本控制难度也就更大。无人机是个若干子系统共同运作的一个复杂系统,每个子系统出问题都是致命的,因此为了省钱而采用质量稍次的部件都是得不偿失的。

电池能用便宜的吗?电脑能用经济的吗?电台能换成4G手机吗?减震垫片能凑合一下吗?飞机能换成山寨的吗?飞控能换成ACE吗……

我的回答是都不能,而且对此非常无奈。不止一个客户图便宜,买了便宜货,摔了又想起来找我们,有意思吗?

7、我想省吃俭用

无人机的后期维护保养与使用成本也是厂家总要回避的问题。但对用户而言这个问题非常棘手。

在油动无人直升机中,发动机等硬件的使用寿命是个非常关键的问题。目前比较常用的是活塞式发动机,这种发动机一点也不先进,对海拔敏感,但是其优势就是耐用,寿命可以有数百个飞行小时。也正如汽车摩托车,如果保养良好,其实际使用寿命可以长于设计寿命。有些比较先进的机型会使用涡轮发动机,但小型涡轮机就算是大型国家研究所的产品,其寿命也仅有几十个小时。

对于固定翼无人机而言,机体的寿命则是关键。固定翼的采购价比较便宜,但受制于使用环境和飞手水平,一般只能伞降或者撞网回收。暴力降落也就意味着寿命的巨大缩短。某军用固定翼无人机的寿命也不过40个架次,民用机的寿命更加可怜。有客户跟我们抱怨之前用的固定翼无人机总要换机翼,然实际上经常更换机翼恰恰是说明飞机质量好,质量稍差些的机体本身的损耗率也很吓人。

作为一个工科男,并没有妄议时下热门的法律法规方面的问题,只是说了些老生常谈的问题。这些对无人机应用的制约并不是来自于有关部门,而是来自——牛顿。我想这盆冷水能浇灭一些用户不切实际的幻想,也能冲洗掉一部分奸商的谎言。

大概看完我的文章,心中应该是哇凉哇凉的。无人机这也不能,那也不能,到底能干什么呢?——不能干的事情越多,能干的事情也就越多。高中政治课本就教导过我们:尊重客观规律与发挥主观能动性是辩证统一的。只有更好的尊重客观规律,更知天高地厚,才能更大的发挥作用。

“多旋翼的宣传参数总能突破物理定律”没错,但天津塘沽爆炸之时,某参数逆天高的电动多旋翼临危受命,效果却还没某些消费级的无人机好。

与之形成鲜明对比的是又有许多参数非常寒酸的多旋翼,巡线、架线、航拍甚至检测了龙潭河等特大桥上长久以来的盲区。发现了深藏的安全隐患,让桥检所的专家们都赞不绝口。

有些参数保守,外形简单的多旋翼,经受住了高强度植保作业的考验,其效率并不比参数更漂亮的机型低。

还有些看着不科幻,参数也不惊艳的油动无人直升机,真的肩负起了保卫人民生命财产安全的重任。在小长假时高强度飞行指挥交通,发挥了不可替代的作用。使用方甚至兴奋的说出了“一架警用无人机的巡逻能力相当于30辆警车和150名警察,监视范围达到地面警力的15倍。”这样连我们厂家自己都不敢说的话。

更有些朴实的无人机,在踏实的飞手操作下,发挥了意想不到的作用,成功遏制了防不胜防的地下石油管线偷盗问题。

总之,无人机绝非媒体宣传的那个样子,也有这样那样的限制因素,还有许多技术难题需要解决。我们要以求真务实的态度重新审视无人机,这样才能发挥无人机们应有的作用,也好给某些好事儿的新闻编辑更多的谈资。

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