無人機機身外殼加工制造
無人機使用的頂級材料：
- 鎂合金
- 鋁
- 鋰離子電池
就像昨天一樣，無人機似乎是新穎的東西，是公司制造的原型和進取的業(yè)余愛好者。現(xiàn)在看來，無人機已經占領了世界。它們無處不在，在工業(yè)，藝術甚至兒童玩具中都扮演著角色。人們常常忽略了這些小型飛行器只是在最近才變得普遍的事實。無人機仍處于起步階段，隨著材料和微控制器技術的改進，未來的無人機將以似乎就像科幻小說的方式發(fā)展。
通過檢查無人機的設計方式和制造材料，我們可以了解這項重要技術的發(fā)展方式，并了解在不久的將來它會如何發(fā)展。
那么，什么是無人機？他們是如何設計的？是什么促使他們迅速成為一種廣泛使用的技術？
讓我們找出答案。
什么是無人機？
對于大多數(shù)人來說，“無人機”是一種特定類型的無人機（UAV）：多旋翼飛機或多旋翼飛機。顧名思義，這些機器通過將來自兩個或多個電機驅動螺旋槳的推力向下引導而飛行。
最受歡迎的消費類機型是四旋翼機（4旋翼），但商用機型包括六旋翼機（6旋翼）和八旋翼機（8旋翼）以提供更大的升力。盡管那里有各種各樣的軍用和民用無人機，但我們將重點介紹常見的多旋翼無人機及其制造材料。
為了飛行，無人機必須能夠產生足夠的向上推力，以克服自身的重量，因此，在無人機中選擇材料主要是通過使無人機的質量最小化來進行。
制造無人機所用的每一克材料都需要舉起能量，而節(jié)省下來的每一克材料都可以提高性能：
- 貨運能力提高
- 延長飛行時間
- 減少慣性并提高機動性
這種選擇材料和設計組件以最小化質量的過程稱為“輕量化”。這為我們提供了最重要的材料特性選擇標準：通過選擇低密度材料來最大程度地減少質量。
零件分解
無人機是復雜的設備，由不同的組件共同組成。每個組件執(zhí)行不同的功能，因此在為每個零件選擇材料時會考慮不同的考慮因素。但是，對于每架無人駕駛飛機，都必須考慮材料密度，以最大程度地減輕重量并提高性能。
框架：將所有元素組合在一起
該框架提供了一個無人駕駛飛機的形狀和保存所有的子系統(tǒng)到位。因為它具有機械功能，所以框架最重要的材料性能是強度。對于商用無人機，鎂合金是較受歡迎的選擇，因為使用注塑工藝將它們制成復雜的零件價格便宜。
鎂合金還提供了良好的強度和低密度，一些品種的拉伸強度超過100 MPa，密度低于2 g / cm3。長絲中還提供了許多鎂合金，可用于3D打印定制零件，使鎂合金成為實驗無人機的流行組件。
雖然商用無人機可能會犧牲一些額外的重量以使其更實惠，但工業(yè)無人機會 優(yōu)先考慮性能。可以少量使用強度高的材料，從而制造出更輕，性能更高的無人機。
如果我們使用Matmatch搜索來查找最低密度和最高強度的材料，那么我們將找到高性能無人機框架的最佳選擇： 鎂合金。這些復合材料具有高強度，低密度和高剛度，可制造出輕巧，堅固的無人機框架。
馬達和螺旋槳：起飛
沒有推力源，無人駕駛飛機將永遠無法離地。驅動無人機的電動機是具有銅繞組和永磁體的傳統(tǒng)電動機。可以選擇電動機的外殼以最小化重量，并且鎂合金或鋁合金都具有良好的強度重量比。
但是，電機會產生大量熱量。因此，具有高導熱性的材料（例如鋁）可用于外殼，以幫助冷卻電動機。
無人機的轉子葉片高速旋轉，因此當無人機飛行（或墜毀）時，它們往往吸收最多的磨損。就像框架材料一樣，選擇最佳的轉子葉片材料既要使強度最大化，又要使重量最小。
一些轉子葉片由鎂合金制成。但是，轉子葉片經常被損壞和更換，因此許多葉片是由鎂合金制成的，以減少轉子葉片斷裂時的更換成本。
由于轉子葉片通常在旋轉時受到高速沖擊而損壞，因此尋求設計耐用轉子葉片的工程師可以通過沖擊強度和密度來過濾材料，以選擇合適的材料。
電池：飛行的力量
在無人機的所有組件中，對電池技術的改進可能是使現(xiàn)代多旋翼無人機成為可能的最重要突破。與在設計機械組件時考慮強度/重量比的方式相同，可以根據(jù)電池的重量來測量電池的性能。
諸如比能量（J / kg）和比功率（W / kg）之類的測量以電池質量來描述電池存儲和釋放能量的能力。
如果能完全將自己抬離地面，老式鉛酸電池和Ni-Cd電池的 重量對于他們能長時間飛行的無人駕駛飛機來說太重了。但是，現(xiàn)代鋰離子電池以輕巧的包裝提供了足夠的能量和功率，從而使當今的多旋翼無人機成為可能。電池和電容器技術的未來發(fā)展將使更輕便，性能更高的無人機成為可能。
傳感器：無人機的神經系統(tǒng)
多旋翼無人機每次飛行都會進行微妙的平衡。如果一臺電動機提供的推力太大，則無人機將傾斜甚至翻轉。就像人體在行走時如何使用復雜的感官和神經網絡來平衡自身一樣，多旋翼無人機也使用了令人印象深刻的一組傳感器和反饋機制來保持飛行。
無人機“神經系統(tǒng)”最重要的部分是其傾斜傳感器。結合了陀螺儀傳感器和加速度計的功能，傾斜傳感器與無人機的電動機綁定在反饋回路中。
飛行中的無人駕駛飛機會不斷對電機推力進行微調以使其保持水平，從而使其能夠從氣流和極端機動中恢復過來。一些先進的無人機還可以使每個轉子獨立傾斜，從而使無人機可以控制從每個轉子獲得的推力的方向和強度。
無人機還可以使用各種其他傳感器來監(jiān)視其內部系統(tǒng)和周圍環(huán)境。電流和電壓傳感器可幫助無人機跟蹤從其動力儲備中汲取的能量，從而幫助飛行員知道何時該降落和充電。
GPS和磁性傳感器通過測量無人機的位置和方向來輔助導航。氣流傳感器使無人機能夠檢測其空速或風流，并且該信息可以反饋到其平衡電路中，從而使無人機的飛行更加穩(wěn)定。
微控制器和攝像頭：更智能的無人機
微型芯片技術的進步與現(xiàn)代智能手機的發(fā)展一樣，使無人駕駛飛機可以飛行計算機。可以在智能手機中找到的許多相同芯片（英特爾，英偉達，高通，ARM等）也出現(xiàn)在無人機中。
隨著無人機變得越來越智能，它們變得越來越有能力以更少的人工控制來執(zhí)行更復雜的任務。目前，這意味著無人機可以在沒有人工駕駛的情況下遵循預定路徑，或者記錄來自更大傳感器陣列的測量結果。但是研究人員正在學習如何對無人機進行編程，以在沒有人工幫助的情況下執(zhí)行日益復雜的任務。
對大多數(shù)人而言，無人機的全部目的是將攝像機攜帶到人類無法企及的高度。甚至基本的消費者級別的無人機都配備了攝像頭，該攝像頭可以將視頻廣播回智能手機，也可以將圖像記錄到內存中。
電影公司使用的高端無人機來拍攝他們的大預算影片。但是，“計算機視覺”領域的進步不僅將照相機變成了有效載荷，還為飛行員提供了幫助。未來的無人機將使用相機觀察周圍的世界，并利用這些信息進行自我駕駛。
無人機正變得越來越能夠從任何一個人類飛行員沒有幫助飛行或者甚至GPS導航，這是引起了強大的新功能：無人機協(xié)同工作。無人機群以前由使用GPS并與中央控制器進行通信的無人機團隊組成，以確定每個人適合該組的位置。
但是，尖端研究已經產生了使用其自身的機載傳感器甚至是攝像機的無人機，以識別其他無人機并在編隊中飛行。很快，看到無人駕駛無人機團隊充當救生員，照料莊稼或飛行搜索隊以協(xié)助救災工作變得很普遍。
具有全球影響力的技術
無人駕駛飛機現(xiàn)在似乎無處不在。他們是小號倒彩的電影，在電影主演，幫助銷售不動產，廣播體育，創(chuàng)造新的運動，在工作的農場和工廠，狩獵等無人機，很快便可以遞送包裹。隨著材料，人工智能和微控制器的改進，無人機將繼續(xù)給廣泛的行業(yè)帶來革命性的變化。
無人機的未來
無人機日益流行，并徹底改變了世界的工作和娛樂方式。選擇用于無人機的材料以提高強度，高強度框架和高電池容量，同時最大程度地減輕重量。
最小化無人機的重量可以最大化其性能，無論是使電影院無人機能夠執(zhí)行更長的拍攝，還是使賽車無人機更具機動性。無人機也不斷變得越來越智能，并且自動無人機已成為日常生活不可或缺的一部分。
文章來源：@青蝠科技 作者：青蝠科技
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