作者：Rick DeMeis 贸泽电子
设计上面临的挑战
关于影响到无人机设计的因素，来自InstantEye的首席系统工程师Philly Croteau说道，“你不能只讨论一个组件并对其进行优化，因为所有组件都必须被综合考虑，为了实现一个全面高效的系统，必须在设计上做出妥协和权衡。”
他强调，“结果必须考虑三个基本要素：成本效益、满足性能要求、易于操作和培训”，第一点和第二点代表的是价值，第三点也是非常重要的，在作战区培训操作员的时间是非常宝贵的。
考虑到无人机的性能，Croteau关注的主要是如何提升最大升力的因素。发动机和旋翼产生的动力以及整个系统的高效性不仅影响飞行，而且会影响整体的稳定性和控制力。同样的，推动系统在战斗状态或作出快速反应时必须具有非常可靠的鲁棒性。
Croteau特别强调了无刷电机相比有刷电机所具备的优势，“有刷电机在高转速（rpm）时会产生更多的摩擦，从而导致磨损”。一叠电弧也可能会导致电磁干扰，无疑会影响到系统的性能。他还指出InstantEye在某些接点处设计了防止腐蚀的涂层。
考虑到这一点，设计师必须合理的进行选择从而不影响整体性能。此外为无人机的发动机和密封件创建一个简单的更换解决方案，进一步提高无人机的正常运行时间。
和Rosset看法一样，Croteau强调了电机和电子器件散热的重要性，他说道：“电动机会被冷气流降温，可以将控制器放在靠近电机的位置，或者使用一个散热器。”因为在无人机系统设计中的每个细节都要权衡，Croteau指出散热器的重量应该最小化，并且放置在重心的位置，最小化对惯性和可控性的影响。此外他还说道高效的无人机电子设备消耗更低的功率，电池消耗的更慢，从而使得无人机能够有更长的续航时间。
Croteau对于电动机的控制系统也说道“电动机控制器的快速开关操作（MOSFET）对于系统的效率是至关重要的，它控制的是驱动电动机的每一个信号。”他说道InstantEye的设计师采用了一种控制算法生成近似正弦波的梯形信号，从而减少发热量，他的团队选择的也是MOSFET器件，因为该器件在切换操作时热量损失最小。
为此InstantEye的开发人员花费了数个月的时间来开发他们的飞行控制算法，参照的是鹰的飞行状态，他们还特别注意了一些昆虫的飞行反应速度，以及它们撞到树上后是如何恢复的。这些研究有助于无人机在强风和阵风状态下的稳定性，从而保证稳定的摄像信号。
在未来Croteau预测以下几种技术趋势将影响无人机的设计：
“一种趋势是降低小型无刷电机的成本，因为在线圈生产方面将会实现更大的自动化”，另外一个是类似直升机一样倾斜螺旋桨的能力，这样可以增加自由度，从而获得更大的可控性和稳定性，后者可以通过形状记忆材料来实现，以避免机械的复杂性。
Croteau进一步假设未来无人机的飞行将类似生物那样自然的自由的飞行，我们在自然界中看不到旋转，现在如果没有旋翼系统就无法起飞，有了“飞行的翅膀”就可以不停的飞行。我们的无人机将可以像鸟儿一样在灌木丛中飞来飞去，而且会有意识的避开障碍。
移动式充电塔
最后一项增加设计工程师任务难度的就是无人机专用的设施：带线缆的移动车。线缆能够为无人机提供电力供给，保证无限的飞行时间。这样的一个例子就是CyPhy公司推出的PARC六旋翼无人机，用于图像采集和通信应用，采用的是一根非光纤细长的线缆来为无人机提供电力，同时还支持以太网链路通信，允许无人机在122米的高度内飞行。
CyPhy公司副总裁劳拉•梅杰解释说：“通常一般的任务都要持续几个小时，甚至几天，这无疑导致了无人机持续工作时间的增长，这就要求系统内的各个组件、尤其是电动机要比普通的消费级无人机要有更长的使用寿命。”
因为无人机要在极端的温度、降水、灰尘和其他恶劣的环境下工作，不仅机械和电子组件会受到影响，而且各个子系统的检测软件也会受到影响，这是系统高可靠性基本的保障。梅杰解释到，尤其要考虑到成百上千个参数需要进行监测来确保无人机系统的正常运行，识别哪些组件出现老化及时判断可能发生的故障。
总结
虽然现在的无人机技术和系统为消费者、专业人员、军事领域和快速反应场景提供了多种多样的功能，但是未来不断的发展将使得无人机的成本更低，功能也将更将的完善和强大。
关键点：
• 在任何航空系统中无人机都是一种折中的方案，设计人员必须考虑到成本效益的问题来选择可用的电动机、控制器、微电子系统以及电池等。
• 材料和制造技术的进步使得小型化无人机的效率更高。
• 无人机技术趋势正迅速向未来系统发展，将来这些系统（或性能）看起来可能与现在的平台完全不一样。
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作者简介：
里克•迪米斯（Rick DeMeis）是一名自由职业技术记者、编辑和摄影师，他是汽车设计在线网站最初的编辑，使该网站成为Google汽车电子设计搜索的榜首。他之前还担任设计新闻和聚焦激光世界杂志的高级技术编辑以及美国航空航天公司的工程编辑。里克（Rick）还在加州圣罗莎KOWS电台主持每周的技术演讲。他在伦斯勒理工学院（Rensselaer Polytechnic Institute）获得了工程学学位，在雷神（Raytheon）和格鲁曼（Grumman）公司工作积累了丰富的行业经验。
原文链接：
http://www.mouser.cn/applications/top-flight-drone-technologies/
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