解密多旋翼无人机的发展历程

历史上看，人们对于多旋翼飞行器的研究是非常早的，载人多旋翼式飞行器作为最早的直升机飞上天空。早在1907年，第一架旋翼机“旋翼机1号”（图1）就被法国Breguet兄弟制造出来并第一次试飞。但该飞机没有设计控制装置，只能算勉强升空，飞行稳定性很差。在第一次试飞中，该飞机离地约0.6米，留空1分钟，被认为是第一次实现载人旋翼飞行器的飞行。在后续的试飞中，这架飞机飞到了约1.5米的高度，飞行高度虽然不高，留空时间也不长，但却迈出了旋翼飞行器史上的一大步。

1921年，George De Bothezat在美国俄亥俄州西南部某城市空军基地制造了一架大型的四旋翼直升机（图2）。1922年12月首飞，飞行高度约2米，飞行距离约152米，留空1分42秒。在随后的几年中，先后进行了100多次飞行试验，但是没有达到美国空军标准，因为军方认为四个旋翼只要有一个失效，就会出现很严重的危险情况。

1924年，工程师Oemichen设计的四旋翼飞行器（图3）实现了1千米的垂直飞行，留空14分钟。

1956年，Convertawing制造了一架四旋翼飞行器（图4），该飞行器的螺旋桨直径超过了19 英尺，用了两个发动机，通过改变每个螺旋桨提供的推力来控制飞行器，这一思路与当今多旋翼无人机的控制思路十分相似。

此后数十年，作为多旋翼无人机的大脑和感觉器官的微控制器和传感器发展不成熟，多旋翼飞行器的发展受到局限。直到近些年来，随着自动控制技术、微机电技术的进步以及制造业的极大发展（图5），多旋翼无人机终于迎来了自己的春天。

军用无人机的快速发展，也带动了无人机在民用领域中的发展，多旋翼无人机作为民用无人机的代表出现在人们的视野中，并有席卷微型和轻型无人机市场之势。四旋翼无人机的设计制造最为简单容易，飞行技术也相对容易掌握，逐步成为民用无人机的重要类型。

新时代的多旋翼无人机经历了以下几个发展阶段。

在生产制造方面，德国一家公司2006年推出的Md4-200四旋翼系统（图6），开创了电动四旋翼在专业领域应用的先河，2010年推出的Md4-1000四旋翼无人机系统（图7），在全球专业无人机市场取得了成功。另外，德国人H.Buss和I.Busker在2006年主导了一个四轴开源项目，从飞控到电调等全部开源，推出了四轴飞行器最具参考的自驾仪Mikrokopter。2007年，配备该自驾仪的四旋翼像钉子一样停留在空中。很快他们又进一步增加了组件，甚至使它能半自主飞行。

之前一直被各种技术瓶颈限制的多旋翼飞行器系统瞬间被炒得火热，大家惊喜地发现居然有这样一种小巧、稳定、可垂直起降、机械结构简单的飞行器的存在。一时间研究者蜂拥而至，纷纷开始多旋翼飞行器的研发。而国内的爱好者、企业、研究所等也开始扎堆研究，并开设了一些论坛，加快了四旋翼无人机的发展速度。

经过2004年至2010年6年的努力，法国派诺特（Parrot）公司于2010年推出了AR.Drone四旋翼无人机（图8），从而开启了消费级多旋翼无人机的新时代。该无人机在市场上非常成功，其技术和理念也十分先进。例如，它采用光流技术，能够在室内悬停，并且做到了一键起飞，操控性得到了极大提升。此外，它还可以使用手机、平板电脑或者笔记本电脑控制，视频可以直接回传至电脑，娱乐感较强。

AR.Drone推出两年后，中国的大疆创新推出了“精灵1”无人机（图9），“精灵”系列无人机控制简单，使用方便，可以搭载Gopro运动相机，一推向市场便迅速走红。

大疆在创新的“精灵4”無人机大获成功之后，相继推出了一系列的多旋翼无人机，“精灵”已经从第二代更迭至第四代，拥有了环境感知能力和更好的飞行性能。此外，大疆创新的“悟”“御”“晓”等系列无人机的推出（图10、图11），使得无人机产业更加迅速发展。与此同时，中国作为世界消费级无人机的主要创造国和制造国，相继诞生了很多优秀的无人机厂商。在市场竞争下，无人机正在向更加专业、更加智能的方向发展。

未来，无人机将会在各个方面深入到我们的工作和生活，作为空中机器人，无人机正振翅待发，向着更光明的前景起飞！

知识小贴士：你知道吗？自供电无人机最长飞行时间的世界纪录是由中国无人机厂商天津中航通生产的油电混合“欧灵”（Owling）无人机（图12）创造的，“欧灵”携带10.5 L油，在天津大学八里台工业园飞行了7.3小时，创下电动多旋翼无人机续航最长时间的世界纪录。未来一定会有更多续航时间更长的无人机诞生，让我们拭目以待吧！