Cehui8訊 相比于多旋翼無人機，固定翼無人機是一種飛行效率更高、速度更快、續航能力更強的飛行器。但是，由于固定翼無人機對于起飛和著陸的要求比較高，所以在長期自主性飛行方面還有諸多挑戰。想要無人機連續自主飛行數天或者數周時間，并且不依賴于任何特殊的著陸臺和設施，那就需要研究者多開腦洞啦。
多旋翼無人機，是一種具有三個及以上旋翼軸的特殊的無人駕駛直升機。其通過每個軸上的電動機轉動，帶動旋翼，從而產生升推力。旋翼的總距固定，而不像一般直升機那樣可變。通過改變不同旋翼之間的相對轉速，可以改變單軸推進力的大小，從而控制飛行器的運行軌跡。

 就在前不久的機器人與自動化國際會議（ICRA 2017）上，加拿大舍布魯克大學（University of Sherbrooke）的研究人員就提出了一種創新性的設計思路——用湖泊作為著陸臺，通過一種巧妙的鉸鏈設計，使得固定翼無人機能夠在湖面高效的起飛，并利用太陽能及時充電，自主環游整個加拿大的湖泊！

  這種固定翼無人機叫做SUWAVE（Sherbrooke University Water-Air Vehicle），著陸時直接墜落在湖面上，停航時漂浮在湖面并通過太陽能板充電，然后憑借其特殊設計的鉸鏈螺旋槳從湖面再次起飛。

 研究人員的靈感來自于野鴨在水面的起飛。舍布魯克大學Alexis Lussier Desbiens教授說：“看到野鴨在水面起飛的慢鏡頭了嗎？那就是整個項目的靈感所在！”

  想要無人機實現長距離的持久飛行，還真是得選固定翼設計，因為固定翼的氣動效率是旋翼無人機所無法比擬的。認清這一點之后，所有的問題只需圍繞如何根據固定翼無人機的特殊需求——起飛和降落——進行折衷設計。

  固定翼無人機的起飛是非常有挑戰性的，因為它必須先離開地面，然后螺旋槳才能工作，并且同時還需要一定的離開速度才能升空。

  通常的做法包括使用彈射器之類的東西，但是這對于長程自主飛行來說是不切實際的。還有一些方案會針對無人機垂直起落的尾座設計、機翼或者額外的支撐等復合設計。但是，這些復合系統既復雜又低效，并且仍舊需要擔心其是否能找到可靠的安全著陸點。

  SUWAVE固定翼無人機就一次性地解決了所有這些問題：僅僅變為從水上起落。這種水上起落方式既讓人吃驚又讓人懷疑，因為沒有人提出過這種想法。

  SUWAVE降落的方法也很簡單：選擇任何你想要的方式“撞向”最近的湖面。這種降落方式聽起來都疼，但是對于重量僅為584克的SUWAVE來說，它受到的沖擊僅有大約15g，這對于其自身的設計強度來說基本不值一提。更不用說，SUBWAVE本身還是防水的，并且能夠漂浮在水面上。


  當SUWAVE再次起飛的時候，只需要釋放一個小閂鎖，較重的機身中部（包含后端的電池以及前端的發動機等）將圍繞機翼前端自由擺動。因為較重的電池在后端，所以機身中部后端會沉沒在水中，這將使前端的發動機和螺旋槳指向空中。

  一旦發動機啟動，將牽引無人機從水中飛出并升空，機身中部也將擺回與機翼對準并鎖緊。除了閂鎖之外，整個起飛方法都是無源的，并不需要任何傳感器或者驅動器。并且，必要的時候還能用于翻轉整個機身。

　　

  利用湖泊作為著陸臺，不僅僅因為其易于發現、平坦且柔軟，除此之外，湖泊還是理想的充電場所。SUWAVE的機翼上裝有太陽能電池板，所以當其平穩地漂浮在湖面時就能及時充電。

  研究者稱，加拿大境內的湖泊相互之間的平均間距大約20千米，所以SUBWAVE無人機只需通過不斷地重復跳湖、太陽能充電、再次起飛，就能實現長距離的航行。換句話說，SUWAVE能夠自娛自樂在加拿大各個湖泊中玩一整個夏天！

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編輯：李小李

參考：R. A.Peloquin, D. Thibault and A. L. Desbiens, "Design of a Passive VerticalTakeoff and Landing Aquatic UAV," in IEEE Robotics and Automation Letters,vol. 2, no. 2, pp. 381-388, April 2017. doi: 10.1109/LRA.2016.2633623