解密多旋翼無人機的發展歷程

姜連濤

歷史上看，人們對于多旋翼飛行器的研究是非常早的，載人多旋翼式飛行器作為最早的直升機飛上天空。早在1907年，第一架旋翼機“旋翼機1號”（圖1）就被法國Breguet兄弟制造出來并第一次試飛。但該飛機沒有設計控制裝置，只能算勉強升空，飛行穩定性很差。在第一次試飛中，該飛機離地約0.6米，留空1分鐘，被認為是第一次實現載人旋翼飛行器的飛行。在后續的試飛中，這架飛機飛到了約1.5米的高度，飛行高度雖然不高，留空時間也不長，但卻邁出了旋翼飛行器史上的一大步。

1921年，George De Bothezat在美國俄亥俄州西南部某城市空軍基地制造了一架大型的四旋翼直升機（圖2）。1922年12月首飛，飛行高度約2米，飛行距離約152米，留空1分42秒。在隨后的幾年中，先后進行了100多次飛行試驗，但是沒有達到美國空軍標準，因為軍方認為四個旋翼只要有一個失效，就會出現很嚴重的危險情況。

1924年，工程師Oemichen設計的四旋翼飛行器（圖3）實現了1千米的垂直飛行，留空14分鐘。

1956年，Convertawing制造了一架四旋翼飛行器（圖4），該飛行器的螺旋槳直徑超過了19 英尺，用了兩個發動機，通過改變每個螺旋槳提供的推力來控制飛行器，這一思路與當今多旋翼無人機的控制思路十分相似。

此后數十年，作為多旋翼無人機的大腦和感覺器官的微控制器和傳感器發展不成熟，多旋翼飛行器的發展受到局限。直到近些年來，隨著自動控制技術、微機電技術的進步以及制造業的極大發展（圖5），多旋翼無人機終于迎來了自己的春天。

軍用無人機的快速發展，也帶動了無人機在民用領域中的發展，多旋翼無人機作為民用無人機的代表出現在人們的視野中，并有席卷微型和輕型無人機市場之勢。四旋翼無人機的設計制造最為簡單容易，飛行技術也相對容易掌握，逐步成為民用無人機的重要類型。

新時代的多旋翼無人機經歷了以下幾個發展階段。

在生產制造方面，德國一家公司2006年推出的Md4-200四旋翼系統（圖6），開創了電動四旋翼在專業領域應用的先河，2010年推出的Md4-1000四旋翼無人機系統（圖7），在全球專業無人機市場取得了成功。另外，德國人H.Buss和I.Busker在2006年主導了一個四軸開源項目，從飛控到電調等全部開源，推出了四軸飛行器最具參考的自駕儀Mikrokopter。2007年，配備該自駕儀的四旋翼像釘子一樣停留在空中。很快他們又進一步增加了組件，甚至使它能半自主飛行。

之前一直被各種技術瓶頸限制的多旋翼飛行器系統瞬間被炒得火熱，大家驚喜地發現居然有這樣一種小巧、穩定、可垂直起降、機械結構簡單的飛行器的存在。一時間研究者蜂擁而至，紛紛開始多旋翼飛行器的研發。而國內的愛好者、企業、研究所等也開始扎堆研究，并開設了一些論壇，加快了四旋翼無人機的發展速度。

經過2004年至2010年6年的努力，法國派諾特（Parrot）公司于2010年推出了AR.Drone四旋翼無人機（圖8），從而開啟了消費級多旋翼無人機的新時代。該無人機在市場上非常成功，其技術和理念也十分先進。例如，它采用光流技術，能夠在室內懸停，并且做到了一鍵起飛，操控性得到了極大提升。此外，它還可以使用手機、平板電腦或者筆記本電腦控制，視頻可以直接回傳至電腦，娛樂感較強。

AR.Drone推出兩年后，中國的大疆創新推出了“精靈1”無人機（圖9），“精靈”系列無人機控制簡單，使用方便，可以搭載Gopro運動相機，一推向市場便迅速走紅。

大疆在創新的“精靈4”無人機大獲成功之后，相繼推出了一系列的多旋翼無人機，“精靈”已經從第二代更迭至第四代，擁有了環境感知能力和更好的飛行性能。此外，大疆創新的“悟”“御”“曉”等系列無人機的推出（圖10、圖11），使得無人機產業更加迅速發展。與此同時，中國作為世界消費級無人機的主要創造國和制造國，相繼誕生了很多優秀的無人機廠商。在市場競爭下，無人機正在向更加專業、更加智能的方向發展。

未來，無人機將會在各個方面深入到我們的工作和生活，作為空中機器人，無人機正振翅待發，向著更光明的前景起飛！

知識小貼士：你知道嗎？自供電無人機最長飛行時間的世界紀錄是由中國無人機廠商天津中航通生產的油電混合“歐靈”（Owling）無人機（圖12）創造的，“歐靈”攜帶10.5 L油，在天津大學八里臺工業園飛行了7.3小時，創下電動多旋翼無人機續航最長時間的世界紀錄。未來一定會有更多續航時間更長的無人機誕生，讓我們拭目以待吧！

（編輯 孫世奇）