撰文|小魔

空中無(wú)人機(jī)可以進(jìn)行運(yùn)輸監(jiān)視，可以高速執(zhí)行遠(yuǎn)距離飛行任務(wù)，而水中無(wú)人機(jī)則可以悄無(wú)聲息地探索水下環(huán)境。

(相關(guān)資料圖)

那么問(wèn)題就來(lái)了，如果將兩種無(wú)人機(jī)功能結(jié)合在一起，會(huì)創(chuàng)造出什么樣的產(chǎn)物呢？

今天我們要介紹的TJ-FlyingFish就是一款能提供兩棲服務(wù)的好東西，這款四軸無(wú)人機(jī)不但能飛上藍(lán)天，也能夠在墨色的深水中潛行。

該水空兩棲無(wú)人機(jī)原型機(jī)是由同濟(jì)大學(xué)上海智能自主系統(tǒng)研究所和香港中文大學(xué)無(wú)人系統(tǒng)研究小組的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)合作開(kāi)發(fā)而來(lái)。

乍一看，TJ-FlyingFish和普通四軸飛行器似乎沒(méi)什么不同——它由一個(gè)中央圓頂機(jī)身和呈十字型對(duì)稱分布的四條機(jī)臂組成，每個(gè)機(jī)臂的末端都設(shè)有一個(gè)推進(jìn)裝置（電機(jī)/螺旋槳模塊）。

然而，與普通四軸飛行器不一樣的是，TJ-FlyingFish的每個(gè)推進(jìn)裝置里都包含有一個(gè)特殊的兩擋變速箱，安裝它的機(jī)臂則可以相對(duì)于無(wú)人機(jī)的其余部分進(jìn)行獨(dú)立旋轉(zhuǎn)。

當(dāng)無(wú)人飛行時(shí)，它的四個(gè)推進(jìn)裝置與螺旋槳都會(huì)朝向上方，并用兩擋轉(zhuǎn)速中較高的一擋來(lái)控制螺旋槳獲得足夠的升力進(jìn)行起飛與盤旋，這點(diǎn)和普通四軸無(wú)人機(jī)的飛行方式?jīng)]有任何區(qū)別。

不過(guò)一旦TJ-FlyingFish降落到水面上，這些推進(jìn)裝置就會(huì)朝下旋轉(zhuǎn)180度，然后切換到低速擋旋轉(zhuǎn)螺旋槳，將無(wú)人機(jī)拉到水面以下。

為了在完全潛入水中后進(jìn)行垂直和水平移動(dòng)，無(wú)人機(jī)會(huì)根據(jù)需求調(diào)整每個(gè)推進(jìn)裝置的角度和推力。也就是通過(guò)這一系列的自我調(diào)整，無(wú)人機(jī)可以在水面游泳，或深入水下潛行。

這些并不算完，一旦它完成了水下的工作，該款無(wú)人機(jī)還可以返回到水面上飛走。

在目前的原型機(jī)測(cè)試驗(yàn)中，這款重量為1.63公斤的TJ-FlyingFish在每次電池充滿電后，可以進(jìn)行大概6分鐘的盤旋飛行，或在水下移動(dòng)40分鐘。這款無(wú)人機(jī)最多能下降到水下3米的深度，其水下最高行進(jìn)速度為2m/s。

此外，根據(jù)參與研發(fā)的工程師之一香港中文大學(xué)的陳斌教授介紹，這架無(wú)人機(jī)是完全自主的，在其兩棲旅行的任何時(shí)候都不需要人類的操控或幫助，它可以完全離線執(zhí)行所有操作。

而且，相比于其他實(shí)驗(yàn)性水空兩棲無(wú)人機(jī)，TJ-FlyingFish有著更輕的重量，因?yàn)樗⒎窍窈笳咭粯又皇窃跇?biāo)準(zhǔn)四軸飛行器機(jī)體上添加了水下硬件。

開(kāi)發(fā)人員也為TJ-FlyingFish列出了幾種未來(lái)可能的應(yīng)用場(chǎng)景，包括航空攝影、遙感以及陸地和水中的搜索和救援行動(dòng)。例如，當(dāng)檢查海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)或是搜索一些人類難以進(jìn)入的水域時(shí)，該款無(wú)人機(jī)都可以發(fā)揮作用。

其實(shí)，設(shè)計(jì)一款可以在空中飛行和水下探索之間無(wú)縫過(guò)渡的兩棲飛行器是一項(xiàng)很難的挑戰(zhàn)。

因?yàn)樵诖┰娇諝狻鏁r(shí)，附加質(zhì)量、流體阻力和“地面效應(yīng)”的顯著變化意味著這款跨媒介混合飛行器必須擁有合理且強(qiáng)大的推進(jìn)系統(tǒng)。

跨媒介無(wú)人機(jī)還必須能夠在不同的環(huán)境中精確控制其推進(jìn)速度。在空中移動(dòng)得太快，會(huì)讓無(wú)人機(jī)會(huì)遇到很大的空氣阻力，而在水中如果移動(dòng)得太慢，它也會(huì)遭遇到極大的水中阻力。無(wú)人機(jī)的質(zhì)量中心也必須經(jīng)過(guò)仔細(xì)平衡，以確保潛水作業(yè)中的浮力和空中飛行時(shí)的穩(wěn)定性。

除了物理結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)能夠在空中和水中有效工作的傳感和通信系統(tǒng)也是個(gè)大問(wèn)題，因?yàn)椴煌沫h(huán)境給這些系統(tǒng)帶來(lái)了不同的挑戰(zhàn)。例如，由于電磁波在水中的衰減，就會(huì)讓水下通信變得更加困難。

最后，當(dāng)工程師克服了所有上述挑戰(zhàn)之后，他們還必須設(shè)計(jì)出一種足夠小、足夠輕的設(shè)備，使其能夠有效地飛行，同時(shí)也要有足夠的耐用性來(lái)承受水下作業(yè)的壓力。

開(kāi)發(fā)水空兩棲無(wú)人機(jī)雖然難度很高，但是除了TJ-FlyingFish的開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)并非沒(méi)有其他工程師嘗試這項(xiàng)挑戰(zhàn)。

事實(shí)上早在2016年，新西蘭奧克蘭大學(xué)的科學(xué)家們也曾開(kāi)發(fā)過(guò)一款飛行&水下游泳的四旋翼無(wú)人機(jī)，該無(wú)人機(jī)被稱為L(zhǎng)oonCopter。

在飛行方式上LoonCopter與TJ-FlyingFish無(wú)人機(jī)都差不多，但它的潛航功能卻與后者有很大差別，LoonCopter機(jī)身下方配有一個(gè)浮力室，它并非靠推進(jìn)裝置調(diào)整自身角度來(lái)游泳或潛水。

當(dāng)LoonCopter水平地降落在水面后，它會(huì)將水吸入自己的浮力室，使其機(jī)身向一側(cè)傾斜。然后，該無(wú)人機(jī)則利用其現(xiàn)有的垂直螺旋槳在水中移動(dòng)。

一旦到了需要再次升空的時(shí)候，它就會(huì)抽出浮力室里的水，使自身浮回水面并搖擺到機(jī)身朝上，然后再使用垂直螺旋槳起飛離開(kāi)水面。

LoonCopter設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是，當(dāng)它在水面上漫游時(shí)不會(huì)消耗能量，并且它還可以用很小的動(dòng)力（不使用螺旋槳）改變和控制自身的潛航深度，因此當(dāng)有障礙物靠近無(wú)人機(jī)時(shí)，它不需要浪費(fèi)能量控制螺旋槳，直接就能浮出水面，能為無(wú)人機(jī)水下作業(yè)節(jié)約不少能量。

不過(guò)就像剛才提到的，由于開(kāi)發(fā)難度十分大，無(wú)論是TJ-FlyingFish還是LoonCopter，將這些兩棲無(wú)人機(jī)從原型機(jī)孵化為量產(chǎn)機(jī)的道路都不會(huì)那么順利。如果你想要一款既能上天又能入海的航拍器，至少還要再等上那么幾年。【END】

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