微型無人機的控制能力，微型無人機的技術挑戰

皇家軍事科學院位於英國克蘭菲爾德大學西溫納姆校區，在航空航天研究中發揮著舉足輕重的作用，是微型無人機飛行系統研究的領跑者。 該研究所的首席研究員拉法爾博士認為，使用類似昆蟲的拍打翅膀作為飛行控制系統可以在低速下提供一定程度的機動性，這是現有平台無法實現的。 自1998年以來，該研究所一直在開發一種類似昆蟲的撲翼飛行控制系統，並在靜態平台上建立了兩個機械裝置。

建立這樣乙個空氣動力學研究平台的目的有兩個：一是研究昆蟲狀拍翅機械裝置的可行性; 二是探索微型無人機的空氣動力學。 儘管已經開發了一些相當成功的數學模型，但需要收集更多的資料，特別是對於撲翼微型無人機。 由於對昆蟲飛行的原理仍然知之甚少，其中許多問題很難用普通的空氣動力學理論來解釋。

為了更改引數，需要分解當前模型。 研究人員希望通過改進目前正在開發的類似昆蟲的撲翼機制來提高它們的機動性，例如使用不對稱的翅膀。 這涉及空氣動力學的研究和飛行動力學的研究。

由於昆蟲飛行控制的原理尚不清楚，目前需要做的是採取推拉式方法，在工程學上推進，在生物科學上拉動。 然而，現在可以複製昆蟲的大部分機動特性，唯一的障礙是大小。 家蠅的平均體型僅為當前機構體型的10倍，因此重要的是要找出兩者的空氣動力學和飛行動力學特性在多大程度上相同。

這不僅僅是乙個簡單的幾何縮放問題，而是需要解決空氣動力學特性和慣性力之間的相互關係。 扇動機翼可以產生空氣動力，但如何將其施加到機身上呢？

對於翼展15厘公尺的微型無人機和家蠅來說，拍打翅膀的效果會是一樣的嗎？ 目前，有一些膚淺的理解。 從純粹的空氣動力學角度來看，較小的昆蟲在飛行中發生的事情也可能發生在較大的微型無人機上。

小昆蟲在飛行中可能會遇到湍流或突然的陣風，15cm的無人機也會遇到它們，如何增加它們的自然穩定性以保持航向並執行操作員的機動命令？ 如果微機需要對目標進行成像，如何穩定十字線？ 這些問題的研究已經取得了一些進展，但這僅僅是個開始。

完全自主對於未來的微型無人機至關重要，否則只能訓練大量士兵來控制數千架微型無人機。

微型無人機的作戰環境主要在峽谷和城市建築之間，這意味著微型無人機的使用往往是非直視的。 微型無人機在空中飛行時需要與操作員保持通訊，但由於體積和質量的限制，目前只能使用微波通訊。 微波雖然可以傳輸大量資料用於電視直播，但無法穿透牆壁，這是乙個亟待解決的問題。

對於非視距資料傳輸，有許多技術和解決方案，其中之一就是在所需區域部署大量較大的無人機，以提供整個網路所需的網路連線並實時傳輸資訊。 衛星通訊是處理非視距資料傳輸的另一種方式，但存在功耗過大或土豆消耗過大的問題，還需要空中的通訊中繼站與網路連線，可以是另一架飛機或衛星。

如果微型無人機不在操作員的控制下飛行，那麼它的自主性至關重要。 GPS導航系統已經小型化到適合微型無人機使用的尺寸，並且已經進行了測試，但自主飛行所需的水平之間仍有一定的差距。 微型無人機需要具有一定程度的自主性，超出程式化飛行的限制，以便無人機系統可以完全獨立地飛行到所需區域並收集資料，然後將資料傳輸到作戰單位或網路。

目前這是不可能的。 微型無人機自主性的發展對通訊頻寬和能量提出了要求。 傳輸的資料越多，消耗的能量就越多，需要的無線電頻譜就越多。

為了在戰場上使用，微型無人機還需要攜帶各種偵察感測器，如電視攝像機、紅外線、音訊和生化探測器。 這些必須是超輕量級的微型感測器，因此元件小型化是感測器技術發展的關鍵。

微型無人機 1 的開發始於 1990 年代中期，第一架飛行原型機出現在 1990 年代後期，1996 年美國國防高階研究計畫局授予 Voyage Company 乙份開發合同，對製造微型無人機進行可行性研究，微型無人機作戰環境主要在峽谷和城市建築之間， 這意味著微型無人機的使用通常是非直視的。微型無人機 無人駕駛飛行器（UAV）已成為戰場上公認的成員，在短短十年內，它們已經從指揮官武器庫中的偶爾角色轉變為衝突行動中不可或缺的角色。