都本海

[摘 要]根據多年以前的微型飛行器的實驗和研究，對微型飛行器的設計原則提出了思考，對實用性和研究性的微型飛行器以及不同類型的微型飛行器的設計特點的分析和闡述，簡單的對微型飛行器的概念和技術難點做出了介紹，設計了探索微型飛行器總體的辦法，通過對微型飛行器設計的矛盾和協(xié)調方法以及優(yōu)化問題的研究，闡述了微型飛行器的設計特殊性，最后提供了微型飛行器總體設計的參考思路，并對微型飛行器設計的發(fā)展方向進行了展望。

[關鍵詞]微型飛行器；設計；技術難點，設計策略

中圖分類號：V279 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）17-0289-01

在20世紀90年代就開始提出了微型飛行器的新技術概念，微型飛行器基礎研究是在1997年由美國國防高級研究計劃局提出的，這項研究提出已經接近二十年的時間了，在這二十年里這項研究受到了世界各國科學家和相關機構的熱情相應，在美國和歐洲已經多次的舉辦 由微型飛行器進行的比賽和表演，許多形式、大小不同的微型飛行器試驗機的出現(xiàn)。現(xiàn)在，微型飛行器的有兩個不同的發(fā)展方向[1]。一個是研究性微型飛行器的發(fā)展，它的研究主要力量是大學，以研究各種的探索性的微型飛行器；另一種是實用性的微型飛行器，但是美國國防高級計劃局和軍事部門把這類微型飛行器的應用投入到了軍事實用上了，主要是作為空中偵察機和識別爆炸裝置。

一、 微型飛行器設計的原則

1、研究性微型飛行器

微型飛行器到目前為止仍然是探索類的新概念飛行器，還需要長時間的探索才能完成微型飛行器的題型、構造和功能的研究，所以是非常有必要去探索研究性微型飛行器的。研究性微型飛行器的研究的實用目標不一定明確。研究的目的主要是探究研究性微型飛行器的動力和能源、尺寸效應、飛行控制方向、執(zhí)行任務功能、系統(tǒng)的超微型化、承載能力、構型和布局、避障功能等。因此，推動與研究性微型飛行器小尺寸相適應 的設計和智能控制辦法依然是微型飛行器的發(fā)展方向。

2、實用性微型飛行器

由于微型飛行器的體積小、靈活性強、便于偵查等特點成為了在特殊環(huán)境下作戰(zhàn)的新型作戰(zhàn)模式，所以研制當前需求的實用性微型飛行器也是很重要的。但是由于現(xiàn)階段的的動力、能源、材料、系統(tǒng)模塊、任務裝置、微細加工的方面的局限性，要想使實用性微型飛行器具有一定的實用功能，需要突破這些方面的局限性。但是相對于研究性微型飛行器要放寬對實用性微型飛行器的尺寸要求，這樣才能保障實用性微型飛行器能夠承載足夠的重量和能源，以及強大的抗風能力。

3、微型飛行器類型的選擇

微型飛行器和普通的常規(guī)無人機在外形上有著很大的不同，因為微型飛行器的飛行結構是在它微小尺寸的的限制下去進行研制的。現(xiàn)有的微型飛行器分為旋翼微型飛翔器，固定翼微型飛行器和撲翼微型飛行器三大類，這個 分類是根據飛行原理的角度進行分類的。這是由于現(xiàn)在實用微型飛行器的產品比較少，不能夠按照常規(guī)無人機那樣根據使用性能分類，微型飛行器的選擇是根據使用要求來進行選擇的。

4、微型飛行器的技術要求

微型飛行器的技術既有普通無人機那樣環(huán)境適應性和飛行性能已基本經濟性的要求，又要強調隱身和狹小空間飛行等特殊要求。微型飛行器的設計必須根據具體技術指標的確定，進行精心的綜合設計和協(xié)調，經過反復的修改才能達到所期望的技術要求。

三、微型飛行器設計的策略

1、微型飛行器設計的矛盾和協(xié)調

由于微型飛行器的體積小和集成度高的特點，所以改變任何一個技術部指標都會對整個飛行器造成不可轉變的后果，因此微型飛行器的設計必須采用整體綜合設計，不能按照常規(guī)無人機那樣各個系統(tǒng)獨自設計[2]。微型飛行器小的特點在設計和制造上會出現(xiàn)一系列的矛盾，但是這些矛盾不能夠單個獨立的去解決，因為它們是息息相關的。如果在微型飛行器的設計上嚴格限制微型飛行器的尺寸，又希望完成某項特定的指標，有的時候是幾乎不可能的事， 所以需要設計部門進行反復的研究實驗，使設計要求達到最高。

2、微型飛行器設計方法的特殊性

由于微型飛行器句具有非線性，非定常力學 這些特征，所以微型飛行器的設計已經不適合使用線性空氣動力學計算的方法，而是需要流動力學來支撐微型飛行器設計。并且在撲翼氣動特性這樣大幅邊界運動的計算時，還要設計非定常流場的良好動態(tài)網格生成技術。既可以使用結構變形的柔性撲翼的非定常流場設計又有部件大幅運動的設計。此外，需要建立特殊的控制模型，來解決撲翼微型飛行器的升力控制和推力控制耦合問題，和多旋翼微型飛行器的姿態(tài)控制與軌跡控制耦合問題。

3、微型飛行器系統(tǒng)設計的優(yōu)化

只有進行細致的優(yōu)化設計，設計出的微型飛行器才能讓人滿意，但是微型飛行器的單項優(yōu)化方向由于微型飛行器尺寸小和系統(tǒng)高度集成而行不通。所以進行微型飛行器必需的途經就是協(xié)調綜合優(yōu)化設計，而多學科設計優(yōu)化正是微型飛行器需要的。多學科設計優(yōu)化是最近幾年興起的一種優(yōu)化設計方法，它可以解決一些復雜工程系統(tǒng)和多學科動態(tài)設計出現(xiàn)的問題，主要是通過各個學科產生的協(xié)同作用來對整體進行優(yōu)化設計。要想取得最佳的微型飛行器的設計結果，就必須采用多學科優(yōu)化設計方法進行設計[3]。從科學角度上來講，微型飛行器的技術是“被逼”出來的。微型飛行器的研究設計不同于常規(guī)無人機的設計原理，必須從綜合設計出發(fā)采用多學科設計優(yōu)化的方法，對微型飛行器進行設計研究，從而設計研制出尺寸雖小性能要求很高的新型微型飛行器。

三、結語

微型飛行器技術 的正式研究只有將近二十年的時間，到現(xiàn)在它的發(fā)展仍然處于起步階段。根據各方面的研究，要想設計研制出尺寸和性能雙贏的微型飛行器，需要研究人員花費大量的時間在力學、微電子技術的研究上。從微型飛行器出現(xiàn)以來。它就是人們心中微小、靈活、智能化的化身。它就像鳥一樣 自由飛翔，又像蜜蜂一樣潛行無蹤。微型飛行器的發(fā)展，不僅僅擁有更多的構型，還需要更高的科技效果，而這需要微型飛行器的研究人員進行更多的設計研究。其實反過來看，微型飛行器也是在推動著無人飛行器的發(fā)展，無形中也在促進著微系統(tǒng)的人發(fā)展，促進各個學科的交叉發(fā)展。

參考文獻：

[1]昂海松.微型飛行器的設計原則和策略[J].航空學報，2016，37（1）：69-80.

[2]劉烜，朱榮，劉敬威等.用于微型飛行器的可變機翼設計及其特性[J].清華大學學報（自然科學版），2008，48（5）：789-791.

[3]陳皓生，陳大融，徐軍等.一種微型飛行器測控系統(tǒng)的研究和設計[J].儀器儀表學報，2001，22（z2）：110-111.