不久前舉行的 2016 HWTrek 全球智能硬件創(chuàng)新與制造大會(huì)上菩帝，有多個(gè)無人機(jī)項(xiàng)目在現(xiàn)場(chǎng) Demo 中亮相咖城，其中包括來自比利時(shí)的無人機(jī)項(xiàng)目 Fleye茬腿。這個(gè)項(xiàng)目去年在 Kickstarter 上成功籌資 31.4 萬歐元（約合 230 萬人民幣），預(yù)計(jì)今年 4 月份發(fā)貨宜雀。遺憾的是切平，我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)看到的仍是 3D 打印的原型機(jī)，F(xiàn)leye 的首席技術(shù)官 Dimitri Arendt 表示辐董，F(xiàn)leye 的發(fā)貨時(shí)間要推遲到下半年了悴品。

當(dāng)然，我們這次不是來吐槽眾籌跳票的（畢竟已經(jīng)習(xí)慣了）简烘，而是想與大家聊聊 Fleye 所代表的一種「另類」無人機(jī)苔严。

涵道風(fēng)扇無人機(jī)

許多媒體把 Fleye 稱為「球形無人機(jī)」，它的外形看起來像一只足球夸研，螺旋槳安置在球狀機(jī)體內(nèi)的上部中央位置邦蜜，通過底部的導(dǎo)流板和控制舵片控制飛行姿態(tài)。事實(shí)上亥至，具有類似結(jié)構(gòu)的無人機(jī)被稱為涵道風(fēng)扇無人機(jī)（ducted fan UAV）悼沈，是區(qū)別于常見的固定翼、直升機(jī)和多旋翼的另一類無人機(jī)姐扮。

關(guān)于涵道無人機(jī)的應(yīng)用研究最早興起于 20 世紀(jì) 80 年代絮供。當(dāng)時(shí)，美國(guó)海軍陸戰(zhàn)隊(duì)要求研制用于短時(shí)間偵察和監(jiān)視的空中遠(yuǎn)程遙控裝置 (AROD)茶敏，桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在 80 年代末根據(jù)要求開發(fā)出一種使用涵道風(fēng)扇提供動(dòng)力的小型無人飛行器壤靶，這種飛行器將涵道風(fēng)扇作為主體，通過涵道內(nèi)部和尾部的導(dǎo)流板保持飛行器的飛行穩(wěn)定和控制姿態(tài)惊搏，觀測(cè)設(shè)備和控制系統(tǒng)則安裝在涵道上部和涵道外部側(cè)壁贮乳。由于當(dāng)時(shí)飛行控制技術(shù)的制約，該計(jì)劃在 90 年代初宣告終止恬惯。

1992 年向拆，美國(guó)啟動(dòng)的多用途安全與監(jiān)視任務(wù)平臺(tái)（Multipurpose Security and Surveillance Mission Platform）采用了 Sikorsky 公司 Cypher 涵道無人機(jī)，Cypher 采用共軸雙槳涵道式布局酪耳，通過螺旋槳的周期變距實(shí)現(xiàn)飛行姿態(tài)控制浓恳。

2001 年，DARPA 啟動(dòng)了建制無人機(jī)（Organic Air Vehicle碗暗，OAV）計(jì)劃颈将，要求開發(fā)具備懸停和凝視（hover and stare）能力的涵道無人機(jī)。在這一計(jì)劃的競(jìng)標(biāo)方案中言疗，Allied Aerospace 公司的 iSTAR 系列涵道無人機(jī)比較有代表性晴圾，F(xiàn)leye 在涵道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上與 iSTAR 系列十分類似。

為軍事而生的「戰(zhàn)爭(zhēng)機(jī)器」

相比于其他類型的無人機(jī)沾凄，涵道無人機(jī)在一些方面具有明顯的優(yōu)越性梗醇，而這些優(yōu)越性也直接來源于這類無人機(jī)滿足軍事應(yīng)用需要的設(shè)計(jì)初衷知允。

首先，由于動(dòng)力系統(tǒng)位于涵道內(nèi)叙谨，涵道壁可以有效約束螺旋槳葉尖的沖擊氣流温鸽，同時(shí)將噪聲阻隔在涵道內(nèi)，從而降低整機(jī)的運(yùn)行噪音手负；同時(shí)涤垫，涵道壁對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱輻射也有一定的阻隔作用，能在一定程度上降低機(jī)體熱輻射特性竟终。這些都使得涵道無人機(jī)具有更好的隱蔽性蝠猬。

其次，涵道無人機(jī)結(jié)構(gòu)更加緊湊统捶，相比于多旋翼及直升機(jī)型無人機(jī)榆芦，可以在更加狹小的環(huán)境中進(jìn)行起降和作業(yè)，同時(shí)飛行時(shí)的空氣阻力也更小喘鸟。

另外匆绣，涵道風(fēng)扇可有效地將螺旋槳滑流轉(zhuǎn)換成推力，這使得同等直徑的涵道風(fēng)扇效率大于一般螺旋槳什黑。涵道式旋翼除了旋翼產(chǎn)生拉力外崎淳，涵道壁作為環(huán)形機(jī)翼，還會(huì)產(chǎn)生附加升力愕把，使得涵道無人機(jī)除了可以垂直懸停之外拣凹，還可以接近水平地進(jìn)行高速平飛。

在消費(fèi)領(lǐng)域會(huì)有用武之地嗎恨豁？

答案可能并不樂觀嚣镜。

以常見的航拍應(yīng)用來說，涵道無人機(jī)從整機(jī)結(jié)構(gòu)上就不適合這類用途：由于機(jī)體底部是涵道出風(fēng)口圣絮，不像多旋翼無人機(jī)那樣有足夠的空間掛載拍攝設(shè)備祈惶，而只能像 Fleye 一樣將攝像頭安裝在機(jī)體頂部，這樣一來攝像頭的俯角視野將很大程度上被機(jī)身遮擋扮匠，較大角度的俯拍只能通過改變機(jī)身姿態(tài)來實(shí)現(xiàn)捧请，而機(jī)身姿態(tài)一旦改變又無法實(shí)現(xiàn)有效的定點(diǎn)懸停。

說到定點(diǎn)懸停疹蛉，盡管從氣動(dòng)結(jié)構(gòu)上來說，涵道無人機(jī)應(yīng)當(dāng)具有十分優(yōu)秀的定點(diǎn)懸停能力力麸，但實(shí)際上其定點(diǎn)穩(wěn)定性并不見得比一般多旋翼無人機(jī)好可款。

首先育韩，涵道無人機(jī)要實(shí)現(xiàn)理想的穩(wěn)定性，對(duì)涵道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求十分嚴(yán)苛闺鲸，任何細(xì)微的內(nèi)部或外部結(jié)構(gòu)的改變都會(huì)導(dǎo)致重心的偏移或氣動(dòng)結(jié)構(gòu)的變化筋讨，進(jìn)而影響穩(wěn)定性。這對(duì)需要掛載各種拍攝設(shè)備和傳感器的航拍無人機(jī)來說無疑是難以滿足的條件摸恍。

其次悉罕，涵道無人機(jī)通過涵道內(nèi)部和底部導(dǎo)流板的耦合作用產(chǎn)生姿態(tài)控制力和控制力矩，控制靈敏度將很大程度上受到導(dǎo)流板私服舵機(jī)的硬件性能限制立镶，其發(fā)展過程甚至一度由于控制技術(shù)的限制而停頓壁袄，即使現(xiàn)在涵道無人機(jī)的控制技術(shù)相比其他類型無人機(jī)也仍不成熟，特別在變化風(fēng)速等復(fù)雜環(huán)境中的穩(wěn)定性仍存在亟待解決的問題媚媒。相比之下嗜逻，直接通過電機(jī)差速控制飛行姿態(tài)的多旋翼無人機(jī)在控制上反而更加直接，也有更好的環(huán)境適應(yīng)性缭召。

而涵道結(jié)構(gòu)在氣動(dòng)效率方面的優(yōu)勢(shì)栈顷，在類似 Fleye 這種續(xù)航時(shí)間只有 10 分鐘的無人機(jī)上，幾乎可以忽略不計(jì)恼琼。

所以妨蛹，當(dāng)涵道無人機(jī)作為消費(fèi)產(chǎn)品出現(xiàn)時(shí)，其涵道式設(shè)計(jì)的主要優(yōu)勢(shì)主要還是體現(xiàn)在安全性上晴竞。涵道壁的保護(hù)一方面可以防止螺旋槳傷人蛙卤，另一方面也讓螺旋槳本身不易在撞擊中損壞。

Fleye 主打賣點(diǎn)是「世界上最安全的無人機(jī)」噩死，倒也合情合理颤难。

也許只能成為極客玩具

機(jī)器人一定是以完成特定任務(wù)為目的而設(shè)計(jì)和制造的，所有技術(shù)的應(yīng)用只有以完成任務(wù)為導(dǎo)向時(shí)才有意義已维，無人機(jī)作為一種飛行機(jī)器人也不例外行嗤。那么，原本設(shè)計(jì)用于完成軍事任務(wù)的涵道無人機(jī)垛耳，其技術(shù)被移植到消費(fèi)領(lǐng)域之后能做些什么呢栅屏？

在被問到 Fleye 的目標(biāo)用戶和應(yīng)用場(chǎng)景時(shí)，Arendt 回答的是：「Fleye 內(nèi)置 Linux 系統(tǒng)堂鲜，除了適合日常的室內(nèi)拍攝之外栈雳，還允許用戶自行編程控制無人機(jī)來實(shí)現(xiàn)更多應(yīng)用〉蘖」——Fleye 的答案似乎也并不明朗哥纫。

Fleye 配備了雙核 ARM A9 處理器和 512MB 內(nèi)存，還搭載了兩個(gè)圖形處理器痴奏，眾籌價(jià)格在 800 歐元（約合 6000 人民幣）左右蛀骇。相比于給老百姓用的「日常自拍無人機(jī)」厌秒，把它當(dāng)做給極客們研究和探索涵道無人機(jī)的入門玩具可能更合適些。

感謝無人機(jī)中的城堡對(duì)本文的貢獻(xiàn)
參考資料：
《涵道無人機(jī)研究現(xiàn)狀與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》徐 嘉 范寧軍
《小型涵道式無人機(jī)的研究進(jìn)展》李遠(yuǎn)偉 奚伯齊 伊國(guó)興 王常虹

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