撰文|小魔

空中無人機可以進行運輸監視，可以高速執行遠距離飛行任務，而水中無人機則可以悄無聲息地探索水下環境。

那么問題就來了，如果將兩種無人機功能結合在一起，會創造出什么樣的產物呢？

(資料圖片)

今天我們要介紹的TJ-FlyingFish就是一款能提供兩棲服務的好東西，這款四軸無人機不但能飛上藍天，也能夠在墨色的深水中潛行。

該水空兩棲無人機原型機是由同濟大學上海智能自主系統研究所和香港中文大學無人系統研究小組的科學家團隊合作開發而來。

乍一看，TJ-FlyingFish和普通四軸飛行器似乎沒什么不同——它由一個中央圓頂機身和呈十字型對稱分布的四條機臂組成，每個機臂的末端都設有一個推進裝置（電機/螺旋槳模塊）。

然而，與普通四軸飛行器不一樣的是，TJ-FlyingFish的每個推進裝置里都包含有一個特殊的兩擋變速箱，安裝它的機臂則可以相對于無人機的其余部分進行獨立旋轉。

當無人飛行時，它的四個推進裝置與螺旋槳都會朝向上方，并用兩擋轉速中較高的一擋來控制螺旋槳獲得足夠的升力進行起飛與盤旋，這點和普通四軸無人機的飛行方式沒有任何區別。

不過一旦TJ-FlyingFish降落到水面上，這些推進裝置就會朝下旋轉180度，然后切換到低速擋旋轉螺旋槳，將無人機拉到水面以下。

為了在完全潛入水中后進行垂直和水平移動，無人機會根據需求調整每個推進裝置的角度和推力。也就是通過這一系列的自我調整，無人機可以在水面游泳，或深入水下潛行。

這些并不算完，一旦它完成了水下的工作，該款無人機還可以返回到水面上飛走。

在目前的原型機測試驗中，這款重量為1.63公斤的TJ-FlyingFish在每次電池充滿電后，可以進行大概6分鐘的盤旋飛行，或在水下移動40分鐘。這款無人機最多能下降到水下3米的深度，其水下最高行進速度為2m/s。

此外，根據參與研發的工程師之一香港中文大學的陳斌教授介紹，這架無人機是完全自主的，在其兩棲旅行的任何時候都不需要人類的操控或幫助，它可以完全離線執行所有操作。

而且，相比于其他實驗性水空兩棲無人機，TJ-FlyingFish有著更輕的重量，因為它并非像后者一樣只是在標準四軸飛行器機體上添加了水下硬件。

開發人員也為TJ-FlyingFish列出了幾種未來可能的應用場景，包括航空攝影、遙感以及陸地和水中的搜索和救援行動。例如，當檢查海上風力發電場或是搜索一些人類難以進入的水域時，該款無人機都可以發揮作用。

其實，設計一款可以在空中飛行和水下探索之間無縫過渡的兩棲飛行器是一項很難的挑戰。

因為在穿越空氣——水面時，附加質量、流體阻力和“地面效應”的顯著變化意味著這款跨媒介混合飛行器必須擁有合理且強大的推進系統。

跨媒介無人機還必須能夠在不同的環境中精確控制其推進速度。在空中移動得太快，會讓無人機會遇到很大的空氣阻力，而在水中如果移動得太慢，它也會遭遇到極大的水中阻力。無人機的質量中心也必須經過仔細平衡，以確保潛水作業中的浮力和空中飛行時的穩定性。

除了物理結構上的設計，開發能夠在空中和水中有效工作的傳感和通信系統也是個大問題，因為不同的環境給這些系統帶來了不同的挑戰。例如，由于電磁波在水中的衰減，就會讓水下通信變得更加困難。

最后，當工程師克服了所有上述挑戰之后，他們還必須設計出一種足夠小、足夠輕的設備，使其能夠有效地飛行，同時也要有足夠的耐用性來承受水下作業的壓力。

開發水空兩棲無人機雖然難度很高，但是除了TJ-FlyingFish的開發團隊并非沒有其他工程師嘗試這項挑戰。

事實上早在2016年，新西蘭奧克蘭大學的科學家們也曾開發過一款飛行&水下游泳的四旋翼無人機，該無人機被稱為LoonCopter。

在飛行方式上LoonCopter與TJ-FlyingFish無人機都差不多，但它的潛航功能卻與后者有很大差別，LoonCopter機身下方配有一個浮力室，它并非靠推進裝置調整自身角度來游泳或潛水。

當LoonCopter水平地降落在水面后，它會將水吸入自己的浮力室，使其機身向一側傾斜。然后，該無人機則利用其現有的垂直螺旋槳在水中移動。

一旦到了需要再次升空的時候，它就會抽出浮力室里的水，使自身浮回水面并搖擺到機身朝上，然后再使用垂直螺旋槳起飛離開水面。

LoonCopter設計的特點是，當它在水面上漫游時不會消耗能量，并且它還可以用很小的動力（不使用螺旋槳）改變和控制自身的潛航深度，因此當有障礙物靠近無人機時，它不需要浪費能量控制螺旋槳，直接就能浮出水面，能為無人機水下作業節約不少能量。

不過就像剛才提到的，由于開發難度十分大，無論是TJ-FlyingFish還是LoonCopter，將這些兩棲無人機從原型機孵化為量產機的道路都不會那么順利。如果你想要一款既能上天又能入海的航拍器，至少還要再等上那么幾年。【END】