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完整解密Google无人机计划Project Wing

14-9-2 00:12| 发布者: rcfans| 查看: 14876| 评论: 6

混合型无人机
     进入了秘密无人机项目 Project Wing的大门，发现这里就是一个工作车间。向周围望去，桌上摆着鱼线、三色胶带，半满的垃圾箱、各种紧固件、备用天线、几把喷胶枪以及一些钻头。一处摆着一排四架同样的无翼机身，还有人正手工捣鼓着一些电子设备，在顶灯的照耀下，闪着亮铜色彩。
     最吸引人的还是车间中央标着“Chickadee ”的白色原型设备，格外显眼。这是一架立式垂直起落机，尾翼朝下，直立于地面，机头朝向正上方，与航天飞机类似。该机设计简单，机尾作为支撑，塑料机身，由泡沫板制成的双机翼安置在薄薄的机身上。机身配备了四个旋翼，两个贴近机身底部，另两个位于机翼边缘外侧。
     这种外观设计非常精良。远看，外表显眼夺目，完整和谐，配备了定制电子系统。但近看，就会发现机身是由手工制作，拼接而成，指纹触摸痕迹清晰可见。有些构造部件看起来是专业打造的，但其它部位看起来是现场制作的，显然该设备还没有完工。
     该飞行器较独特。大多数飞行器都装有固定翼，某些直升机使用单个或多个旋翼来保证悬停空中。固定翼飞行器主要是水平扇动空气气流，而直升机是垂直的。因此，固定翼更依赖空气动力学，更高效，航程较远，航速更快，油耗更小。但同时，直升机能够在各种环境下飞行，无须助跑起飞或降落，能悬停半空中。军用固定翼无人机 Predators 和Global Hawks就以强大的续航能力称霸。而普通民用的无人机，如DJI Phantom 2和 Parrot AR.Drone也非常受欢迎。
    从空气动力学上来说，同时具备固定翼和直升机翼的混合型飞机也存在，航空公司也做过此类实验。但这种混合型飞机较复杂，因为需同时执行两类任务：在不同旋翼下转动空气气流。比如在F-35B中，Lockheed Martin将旋转射流技术应用到了机身中，直接对地面喷射气流完成起飞，然后旋转升空。
    在空气动力学史上，尾立式结构飞行器还是非常有创意的，机身旋转升空再水平飞行，一气呵成。以前纳粹分子就想造出这样的飞行器来提高战斗力。以前有一项美国国家安全防御项目就涉及过此类飞行器的设计，负责人是Lockheed和 Convair。下图是直立在跑道上的垂直起落飞机，钢材外观格外耀眼，有种未来复古的风格。但是目前关于飞行员适应起飞到飞行阶段的角度改变问题还未得到有效解决。

     显然，无人机不用担心这个问题。通过远程电脑操控尾立式飞行器即可。电源系统、电池、线路、以及大容量电容器都集于机身上，将发动机性能数据反馈给飞行器电脑中。传感器数据来自于配在电脑左方的惯性测量装置（IMU）。IMU装置通过加速器和陀螺仪来决定飞行器的X-Y-Z轴定位，这点至关重要。在机头部位，还有GPS装备，在尾部安置有摄像头。但目前的设计中没有包括激光测距系统，但装有两组无线电设备，一个是高频宽来发送遥测数据，另一个是低频宽来进行远距离通信。
    Google 还没有对该设计进行进一步的项目研发，但建立了与此设计相关的实验平台。硬件部分是一个难题，至于哪一种飞行器能最终满足他们的要求还尚不可知。Teller 和 Roy 认为，真正的挑战来自于其它系统设计部分，比如输送装置。
    如果要从高空将某物体运到地面上，如何解决？Roy 的团队想尽了各种办法，如安装微型降落伞，但风力因素不稳定，难以掌控。那么通过弹道弹射方式呢？Roy表示：“我们考虑过这种办法，但不太可取，因为当时在做这种降落测试还差点击中了楼下的同事。”
    还有人提出一种方法：直接降落，卸掉装载物，再起飞。为了测试此方法，他们请来了几个Google用户体验研究人员，此前这几名研究人员就这种输送方法进行了问卷调查。但这种方式会造成人们直接触碰到旋转的旋翼，存在受伤的可能。最终，他们还是采用了先前Roy 表示反对的想法：用一根绳线吊住物体，然后固定在飞行器下。
     曾在加州理工学院和麻省理工学院受训过的机械工程师Joanna Cohen完成了这次精巧的设计。该设计包括两部分：第一，绞盘设计，其中采用了高韧性鱼线。第二部分名为“蛋”，该装置可下降，直接与物体接触，保证装载物着落、卸货完成，发出信号后返回悬停的无人机。如果过程中出现了故障，还有一套紧急卸载机制，线顶端有一块锋利的刀片会在紧急情况下切断线，让无人机能摆脱困境，继续飞行。
     当装载物以每秒10米的速度急速下降，然后在快接近地面时，绞盘会将下降速度降至2米每秒，来完成软着陆。这一切看起来似乎很简单，但负责该项目硬件设计的James Burgess表示:“在真实环境下操作起来并非易事。如果“蛋”下降时，撞到电线，树或者屋顶，麻烦就大了。不可预见的环境影响因素很多，面临的挑战较大。但即使撞上了某物体，无人机还是清楚下降的高度，绞盘放线的长度，‘蛋装置’会反馈撞击信息，无人机接着会发出信号表示继续下降，并不要卸载物体，这样一来，传感器和各部件就能有条不紊的分工协作了。”
     至少目前来说，整个系统能协调分工完成某些任务。电源线设计是难度较大的一部分，当被问及打算如何处理电源线问题时，他们一致调侃称：“要知道，早些时候我们还没有到设计电源线这一步呢。”

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