712年，英國(guó)人托馬斯·紐科門發(fā)明了蒸汽機(jī)，被稱為紐科門蒸汽機(jī)。

　　1680年，英國(guó)科學(xué)家牛頓設(shè)想了噴氣式汽車方案，但未能成型。

　　1769年，法國(guó)人N·J·居紐制造了世界上第一輛蒸汽驅(qū)動(dòng)的三輪汽車。

　　1794年，英國(guó)人斯垂特首次提出把燃料和空氣混合，以供燃燒的設(shè)想。

　　1828年，由匈牙利工程師阿紐什·耶德利克在實(shí)驗(yàn)室完成了電傳裝置。

　　1832年到1839年間，由美國(guó)人安德森制造了全球第一輛電動(dòng)車。

　　1866年，德國(guó)工程師尼古拉斯·奧托試制出立式四沖程內(nèi)燃機(jī)。

　　1885年，德國(guó)人G.戴姆勒繼把這種內(nèi)燃機(jī)先后裝在自行車和四輪馬車上。同年，德國(guó)人卡爾·本茨把汽油內(nèi)燃機(jī)裝上了三輪車……

　　由此可見，動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)明創(chuàng)新在汽車的發(fā)展史中扮演了不可替代的角色。動(dòng)力系統(tǒng)，讓車輪滾動(dòng)起來，同樣，也將無人機(jī)送上了天。

　　無人機(jī)的用途五花八門，形態(tài)也千姿百態(tài)，為什么有的能高空翱翔，有的只能低空盤旋，有的甚至能靜止不前……原來，這背后是千差萬別的動(dòng)力系統(tǒng)。

　　1916年9月12日，第一架無線電操縱的無人駕駛飛機(jī)在美國(guó)試飛。

　　20世紀(jì)80年代，現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展為無人機(jī)更高的飛行性能、更好的可靠性提供了條件，其中包括智能化、高速帶寬、更輕的材料和傳感器、更強(qiáng)的續(xù)航能力等多方面因素。

　　20世紀(jì)末，中小型固定翼和旋翼戰(zhàn)術(shù)無人機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)，其體積小、價(jià)格更低、機(jī)動(dòng)性好，標(biāo)志著無人機(jī)進(jìn)入大規(guī)模應(yīng)用時(shí)代。

　　一. 油動(dòng)無人機(jī)

　　伴隨著動(dòng)力技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機(jī)燃?xì)鈩?dòng)力裝置已發(fā)展出了包括活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)、渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)、渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)、渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)、渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)等幾大門類?；钊桨l(fā)動(dòng)機(jī)只適用于低速、低空及質(zhì)量輕的無人機(jī);對(duì)更大使用范圍的無人機(jī)而言,燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)是首選的動(dòng)力裝置。

　　目前，油動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)品擁有適用于飛行時(shí)間較短的中高空、高速系列，中低空、低速短距系列，高空長(zhǎng)航時(shí)系列的無人機(jī)產(chǎn)品，據(jù)悉，油動(dòng)無人機(jī)的續(xù)航時(shí)間可達(dá)30多個(gè)小時(shí)。對(duì)于民用無人機(jī)而言，大都采用了中小型燃油發(fā)動(dòng)機(jī)。

　　根據(jù)燃料的不同，油動(dòng)無人機(jī)可分為甲醇、汽油、重油無人機(jī)三種類型。無人機(jī)領(lǐng)域?qū)＜摇⒈本┘t鵬天繪公司總裁徐鵬表示，以甲醇為動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)損耗率高，導(dǎo)致成本較高，基本上已被淘汰，如今只有小型航模級(jí)無人機(jī)仍會(huì)采用。他指出，油動(dòng)無人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)目前正朝著載人航空飛機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的小型化演變，以提升安全、穩(wěn)定性。與徐鵬的觀點(diǎn)有所不同，北京韋加天地通公司總工程師楊銘表示，油動(dòng)系統(tǒng)將向汽車發(fā)動(dòng)機(jī)方向發(fā)展，逐步發(fā)展為汽車上的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。

　　應(yīng)用范圍：廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，民用領(lǐng)域應(yīng)用也很普遍，諸如農(nóng)業(yè)植保、航測(cè)、環(huán)保監(jiān)測(cè)等應(yīng)用。

　　趨勢(shì)：推力變化范圍大、耗油率低、高空性能好的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī),在無人機(jī)動(dòng)力裝置中將占有重要地位;以航空重油燃料為動(dòng)力的無人機(jī)將是油動(dòng)無人機(jī)發(fā)展的一大趨勢(shì);油動(dòng)無人機(jī)的市場(chǎng)份額將面臨被電動(dòng)和混合動(dòng)力無人機(jī)蠶食的局面。

　　優(yōu)點(diǎn)：抗風(fēng)能力強(qiáng)，續(xù)航能力強(qiáng)，飛行速度快，效率高

　　缺點(diǎn)：

       1. 穩(wěn)定性差

　　2.操作復(fù)雜

　　3.高原性能不足

　　4.場(chǎng)地適應(yīng)能力差

　　5.震動(dòng)大

　　6.危險(xiǎn)性大

　　電動(dòng)無人機(jī)

　　正如電動(dòng)汽車的出現(xiàn)，電動(dòng)無人機(jī)頭頂節(jié)能環(huán)保、小巧輕便的光環(huán)橫空出世。由于傳統(tǒng)的電機(jī)采用的是電池供電，動(dòng)力不夠強(qiáng)勁，一般被用在小型、微型無人機(jī)上。備受關(guān)注的無人機(jī)品牌，諸如大疆創(chuàng)新、零度智控、億航等都采用的是電動(dòng)無人機(jī)系統(tǒng)。楊銘表示，隨著起飛重量逐步降低，電動(dòng)系統(tǒng)在無人機(jī)的占有率逐漸攀升。在7kg以下的小型無人機(jī)領(lǐng)域，90%采用的都是電動(dòng)系統(tǒng)。

　　電動(dòng)系統(tǒng)主要包含電機(jī)、電調(diào)、螺旋槳以及電池。無人機(jī)電機(jī)可分為有刷和無刷兩種，市面上主要以無刷電機(jī)為主，一頭固定在機(jī)架力臂的電機(jī)座，一頭固定螺旋槳，通過旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生向下的推力。不同大小、負(fù)載的機(jī)架，需要配合不同規(guī)格、功率的電機(jī)，但并不代表電機(jī)越大越好，效率才是王道。

　　據(jù)悉，電池依然是小型、微型無人機(jī)最常用也是最現(xiàn)實(shí)的動(dòng)力源，在鎳鎘電池、鎳鋅電池、鋰電池、固態(tài)氧化物燃料電池中，要屬鋰離子聚合物電池的應(yīng)用范圍更為普遍，但它每次充電只能達(dá)到40分鐘的續(xù)航時(shí)間。鋰離子聚合物電池不能充分滿足無人機(jī)對(duì)持久動(dòng)力的需要，高能電池的需求迫在眉睫，因此，新能源動(dòng)力系統(tǒng)問世。

　　徐鵬認(rèn)為，電動(dòng)無人機(jī)使用的是清潔能源，電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，事故率低，但他更看好燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)，只是以此動(dòng)力的無人機(jī)尚未發(fā)展成熟。縱觀全球，許多國(guó)家都在積極致力于燃料電池?zé)o人機(jī)的研發(fā)，他相信，未來一年內(nèi)，以氫氣為動(dòng)力的無人機(jī)產(chǎn)品將有望從實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品變成工業(yè)化成熟產(chǎn)品。

　　固態(tài)氧化物燃料無人機(jī)

　　2012年，由同濟(jì)大學(xué)十余名研究生、本科生于參與的“飛躍一號(hào)”，翼展5米，起飛重量20公斤，有效載荷1公斤，巡航速度為30公里每小時(shí)，采用的正是一個(gè)1千瓦的質(zhì)子交換膜燃料電池作為動(dòng)力。

　　甚至，核動(dòng)力也一度成為無人機(jī)的發(fā)展方向。2012年，美國(guó)科學(xué)家開始研發(fā)核動(dòng)力的無人機(jī)，但具體進(jìn)展并未向外界透露。

　　2014年，波音公司及其合作伙伴研制的續(xù)航時(shí)間可達(dá)10天的高空長(zhǎng)航時(shí)無人機(jī)(HALEUAV) ，正是采用了氫燃料，實(shí)際上，無人機(jī)還可充入普通空氣或氦氣作為動(dòng)力源。

　　2015年，一家名為HUS的無人機(jī)研發(fā)公司推出了使用氫動(dòng)力的新一代無人機(jī)，標(biāo)志著以固態(tài)氧化物燃料電池為動(dòng)力源的民用無人機(jī)時(shí)代已經(jīng)到來。

　　太陽(yáng)能無人機(jī)

　　與此同時(shí)，太陽(yáng)能無人機(jī)也取得了突破性進(jìn)展。2007年，由英國(guó)防務(wù)公司吉內(nèi)蒂克(Qinetiq)研制的西風(fēng)號(hào)太陽(yáng)能無人機(jī)已取得14天飛行航時(shí)記錄。如今，空客防務(wù)與空間公司正與之合作，聯(lián)合開展對(duì)西風(fēng)號(hào)太陽(yáng)能無人機(jī)的改造工作。

　　2015年，谷歌公司開展的 “泰坦”無人機(jī)項(xiàng)目測(cè)試失敗，一架大型太陽(yáng)能無人機(jī)Solara 50在新墨西哥州墜毀，盡管如此，谷歌依舊期望通過使用太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)無人機(jī)為偏遠(yuǎn)地區(qū)居民提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。此前，北京普洛特飛行器科技有限公司總裁李強(qiáng)也曾在接受3sNews采訪時(shí)表示，正與其它客戶合作研發(fā)太陽(yáng)能無人機(jī)。

　　其實(shí)，太陽(yáng)能無人機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)有兩種：一是要有效地將太陽(yáng)能收集起來，并高效地轉(zhuǎn)換為電能;二是解決夜間和太陽(yáng)光微弱時(shí)的能源供應(yīng)。它主要在20～30km高空飛行，仍然是大氣層內(nèi)飛行。陽(yáng)光雖然比地表強(qiáng)烈得多，但仍然受到大氣影響，比外層空間弱得多。由于從地面起飛，陽(yáng)光受到大氣層的影響更大。要想在這種條件下收集太陽(yáng)能，必須要有高效的太陽(yáng)能電池，此后，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為飛機(jī)動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)，一般采用的是無刷電動(dòng)機(jī)。

　　應(yīng)用范圍：覆蓋民用領(lǐng)域的方方面面，諸如其中，太陽(yáng)能無人機(jī)主要應(yīng)用于資源勘察、環(huán)境監(jiān)測(cè)、交通監(jiān)管、通信平臺(tái)、國(guó)界巡邏等多個(gè)領(lǐng)域。

　　趨勢(shì)：以太陽(yáng)能、氫氣等新能源為動(dòng)力源的無人機(jī)將會(huì)層出不窮，續(xù)航時(shí)間將大大延長(zhǎng)，穩(wěn)定性也將逐步提升。

　　優(yōu)點(diǎn)：

       1. 安全，可靠性高，震動(dòng)小

　　2. 使用維護(hù)簡(jiǎn)單，輕便靈活

　　3.使用成本低

　　4. 高原性能優(yōu)越

　　5. 清潔能源

　　缺點(diǎn)：

        1. 續(xù)航能力弱(針對(duì)當(dāng)前普遍采用的鋰電池?zé)o人機(jī))

　　2. 載重重量少

　　3. 高空低溫的條件下有時(shí)不能正常工作，還有高空結(jié)冰等問題(針對(duì)太陽(yáng)能無人機(jī))

　　混合動(dòng)力無人機(jī)：

　　混合動(dòng)力無人機(jī)，是一種新型雙動(dòng)力無人機(jī)。其動(dòng)力系統(tǒng)由電驅(qū)動(dòng)和常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)兩種動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)成，以實(shí)現(xiàn)良好的起飛、爬升性能和靜音、超長(zhǎng)航時(shí)的結(jié)合。其動(dòng)力系統(tǒng)由電驅(qū)動(dòng)(太陽(yáng)能或蓄電池)和常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)(噴氣或螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī))兩種動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)成，以實(shí)現(xiàn)良好的起飛、爬升性能和靜音、超長(zhǎng)航時(shí)的結(jié)合。

　　徐鵬表示，起飛降落的時(shí)候，宜采用油動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，飛行過程中，能源消耗需求不大，宜采用電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)?；旌蟿?dòng)力系統(tǒng)能夠克服單一動(dòng)力系統(tǒng)的缺陷，融合了二者的優(yōu)勢(shì)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，將是未來無人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的主要發(fā)展方向。

　　混合動(dòng)力系統(tǒng)的工作原理是：由汽油發(fā)電機(jī)為電池充電、電池再發(fā)動(dòng)電力引擎。動(dòng)力可來自電池、汽油發(fā)電機(jī)、或者由兩者同時(shí)提供，比單一的汽油引擎更小型、更高效。但它不像混合動(dòng)力汽車一樣，能從剎車中收集能量。

　　2010年，由臺(tái)灣成功大學(xué)航天工程學(xué)系賴維祥教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“灰面鷲號(hào)”，就采用了1千瓦燃料電池與5400mAh鋰電池混合動(dòng)力，試飛成功。2015年3月，Draper 實(shí)驗(yàn)室和MIT 的研究人員成立的Top Flight公司研制出了一種混合動(dòng)力無人機(jī)，可以飛行兩個(gè)半小時(shí)、約160公里的距離，最高負(fù)重達(dá)20磅其飛行時(shí)間是無線電控制、汽油發(fā)動(dòng)的小型直升機(jī)的兩倍，比目前市場(chǎng)上最流行的四旋翼無人機(jī)多出數(shù)倍。

　　應(yīng)用范圍：

　　軍事上可用于邊界巡邏和國(guó)內(nèi)安全警戒、搜索救援、可見光/熱輻射偵察和前沿空中控制等場(chǎng)合，其潛在民用領(lǐng)域則包括災(zāi)害監(jiān)測(cè)、自然資源勘探、空中執(zhí)法、運(yùn)輸管道和電力線路巡視、廣域氣候監(jiān)控、空中攝像、通信和數(shù)據(jù)中繼。

　　趨勢(shì)：

　　作為動(dòng)力系統(tǒng)的集大成者，未來終將無人機(jī)市場(chǎng)的占據(jù)大半壁江山。

　　優(yōu)點(diǎn)：

       1. 電機(jī)更為小型化

　　2. 效率高

　　3. 航時(shí)長(zhǎng)

　　4. 起飛便捷

　　5. 爬升性能強(qiáng)

　　缺點(diǎn)：系統(tǒng)復(fù)雜，故障率高，尚未投入大規(guī)模使用，但未來終將無人機(jī)市場(chǎng)的占據(jù)大半壁江山。

　　結(jié)語(yǔ)

　　一如汽車的發(fā)展史，無人機(jī)也在時(shí)間的車輪下滾滾前進(jìn)，不斷發(fā)展演變。據(jù)說，林林總總的無人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)，都能歸入到這三大類之中。

　　發(fā)稿之前，筆者忽然腦洞大開，想到這世上會(huì)不會(huì)存在第四種無人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)——空氣動(dòng)力無人機(jī)，說白了，就是無動(dòng)力無人機(jī)。但是，卻有幸被專家告知，無人機(jī)是要用來操作，以實(shí)現(xiàn)某種目的的飛行器，不是毫無目的漂浮的氣球?？v然，這世上沒有永動(dòng)機(jī)，但真的沒有能夠無需借助動(dòng)力系統(tǒng)，漂浮在空中，又能受人指揮的無人機(jī)嗎?是我的物理學(xué)得太差?還是專家們的腦洞不夠大?無解......（文／3sNews高級(jí)編輯 龍薇）