趙曉明 桑延青

摘要：無人機技術發(fā)展了一百多年已經(jīng)相對穩(wěn)定成熟，對于其應用的探索也擴展到了各行各業(yè)，例如在海洋搜救領域，無人機技術就有著得天獨道的優(yōu)勢。但好的產品不僅僅要有先進的技術，而且更需要功能與形式相結合，并從產品的外觀造型設計上吸引用戶，內在美與外在美相結合。本文就針對海洋搜救無人機的造型設計進行分析，從海洋環(huán)境、無人機類型、復合材料的應用三點總結對造型設計的影響。

關鍵詞：造型分析;海洋環(huán)境;影響因素

中圖分類號：TB472

文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2019）04-0144-02

Abstract：The development of drone technology has been relatively stable and mature for more than100 years.The exploration of its application has also extended to all walks of life.Among them， the field of marine search and rescue， drone technology has a unique advantage.But a good product is not only an advanced technology， but a combination of functional forms.From the appearance of the product design， it begins to attract users， and the inner beauty and the outer beauty are combined.This paper analyzes the design of the marine search and rescue drone， and summarizes the impact on the design from three aspects：marine environment， drone type and composite application.

Key Words：Modeling analysis;Marine environment;In?uencing factors

隨著我國水路運輸?shù)目焖侔l(fā)展和海洋開發(fā)利用力度加大，海上遇險事件不斷增加，遇險船舶和人員數(shù)量逐年增長，海洋搜救一直是困擾人們的難題。針對目前日益繁重的水上交通安全應急處置任務，在依靠傳統(tǒng)水面船艇及搜救直升機的基礎上，利用無人機開展遠程水上交通安全應急處置，具有重要的現(xiàn)實意義。單純的機械式救援無人機造型已經(jīng)無法滿足人們對審美的追求，現(xiàn)如今的工業(yè)產品講究實用性與美觀度的統(tǒng)一，重視產品與人的結合，將先進的技術與廣泛的社會需求作為設計風格的基礎，把技術、藝術和經(jīng)濟結合起來，更好地滿足社會生活的需要。本文通過對影響海洋救援無人機造型的海洋環(huán)境因素、無人機類型和復合材料技術三點進行分析研究，總結歸納其對無人機造型設計的影響。

1海洋環(huán)境對造型設計的影響

海洋搜救環(huán)境中，風對于無人機的起飛是一項影響最為重要的因素，一般造型的無人機對于風力的抵抗在5—6級，在旋翼外增加保護造型的無人機能抵抗最大7級的風力。如果風力再強無人機就無法起飛完成搜救任務了，畢竟無人機整機質量還是輕，在許多海洋災害中風力都達到8級以上，這樣的風力相當于風速達到了60km/h，人在陸地行走都很困難，更何況整機質量不到5kg的無人機了。此時，造型上的改變已經(jīng)無濟于事，只能寄希望于更先進的無人機技術被開發(fā)出來，才能抵抗這種惡劣的自然環(huán)境。

另一種情況就是無人機在搜救過程中意外落水，所以也要求無人機機身有一定的防水性（IP67級以上）。在造型上，機身最好為一體成型從而減少因為部件拼接產生的縫隙，或是在內部增加防水橡膠墊保護電子元件。

色彩方面一般選用明亮的警示色，如橙色、紅色、黃色，方便受災人員發(fā)現(xiàn)也便于救援人員在海上回收。

如圖1，斯威普水手無人機――一款被設計來進行水上作業(yè)的無人機，它可以在水面上懸停、雨中飛行、水中航行甚至是在水下進行拍攝。整個機身選擇了救援工作中常見的橙色，并搭配銀灰色3M反光條點綴，即便是在下雨天或光線不好的天氣情況下也可以輕松的尋找到無人機位置，降低了后期操作人員的回收難度。與此同時，這款無人機的整機重量僅為2300g，兩對12英寸自鎖式碳纖維撥片和復合材料的機身大大的減少了重量。再配合590KV無刷電機的強大動力，使得無人機在飛行過程中可以更加靈巧和智能，在空中可以完成各種高難度動作。

出于安全性的考慮，啟動無人機需要揭開頂部防水透氣頂蓋并接通內部電源，固定頂蓋的是四顆不銹鋼螺釘;頂蓋內部裝有的納米墊層，可以起到隔水密封的作用，筆者注意到機體底部的雙軸防水云臺也有類似的設計，卓異的防水設計使得斯威普水手旗艦版成為一款支持IP67標準（外殼防護等級，最高為IP68）的無人機，不但能夠完全阻止外物及灰塵侵入，還能夠防止水浸入機體內部;同時無人機內部的零部件也采用防水抗腐蝕材質包裹。斯威普水手旗艦版也因此擁有了雨中飛行、水中航行甚至是水下拍攝的能力。

綜上所述，海洋環(huán)境對于無人機造型上也有一定影響因素，海上風力會影響無人機的起飛，需要在造型上盡量設計成流線型，且需要在無人機旋翼外面設計保護造型以減小風對旋翼旋轉時的影響;且機身造型要有一定的整體性，能夠將內部電子元件包裹，部件間連接和機身拼接縫隙需要有納米墊層來進行防水密封;色彩方面選用明亮的色彩做點綴，也可以增加3M反光條，方便后期無人機的回收。

2無人機類型對造型設計的影響

2.1固定翼無人機

如圖2，固定翼無人機一般對起飛場地有要求，需要一定的開闊空間，大型的固定翼無人機需要跑道進行加速才能起飛。固定翼無人機的優(yōu)勢也很明顯，航行距離遠，續(xù)航時間長，飛行速度快，但不可以空中懸停，只能在高空盤旋，一般會應用于地理測繪，環(huán)境監(jiān)測。對操作人員的要求也很高，需要經(jīng)過專業(yè)的培訓才能上手。此外，固定翼無人機在空中是類似于飛機通過副翼與尾翼來調整姿態(tài)的。所以在造型設計的時候就有了限制，整個機身要在復合空氣動力學的基礎上做設計，一般采用形態(tài)仿生學的設計方法，模擬鳥類飛行的姿態(tài);或是在造型上參考大型飛機，整體流線的造型，線條多為弧度較小的曲線來保證曲率的流暢。色彩上一般主色調選用黑色、白色等純凈之色，然后再搭配紅色、黃色、橙色等明度較高的顏色作對比，賦予產品品牌的調性，加深品牌印象。

2.2旋翼無人機

如圖3，旋翼無人機相較于固定翼無人機就少了許多限制條件，但它最大的限制條件就是續(xù)航，由于使用多旋翼的技術，就要求電池給多個電動馬達供電來克服垂直起降時的地心引力。在電池技術還相對不那么完善的情況下，許多專業(yè)級多旋翼無人機也只有三十分鐘左右的航行時間。但多旋翼無人機的優(yōu)勢也是很明顯的，它操作簡單即使從沒有使用過的用戶，在簡單介紹后也能入門上手，且操作原理簡單，通過調整旋翼不同的轉速來運動起降。

旋翼無人機造型上發(fā)揮的空間相對固定翼無人機更為豐富，可以通過選用不同的旋翼數(shù)量來設計不同的造型，一般以四軸旋翼、六軸旋翼為多，造型也采用X型來保持飛行的平衡。機身和懸臂皆可單獨設計，機身下方搭載的功能性模塊也可以做造型設計，圓潤且具有未來感的造型與體塊切割直線條的科技感造型最為常見。色彩方面也多選用黑、白、灰三色，低調沉穩(wěn)又通過明度的變化來表達層次感。

3復合材料技術對造型設計的影響

隨著復合材料生產技術的發(fā)展，使得諸如碳纖維、合成樹脂、復合陶瓷等材料的價格也越來越親民，在工業(yè)產品的造型設計中也越來越常見，復合材料對比傳統(tǒng)材料優(yōu)勢巨大，可以說給產品造型設計帶來更大的空間，讓設計師在材質的搭配上有了新的選擇。筆者在對無人機調研時發(fā)現(xiàn)，市面上80%以上的無人機產品都采用了碳纖維樹脂基這種材料，下面就談一下這種先進的復合材料對于無人機造型設計中有怎樣的影響。

先進碳纖維樹脂基復合材料擁有耐腐蝕、耐疲勞、高強度比、高剛度比、塑性能力強等材料特性優(yōu)勢，所以被廣泛應用于無人機機體結構。結構重量是無人機結構中一個很重要的指標，因為它會影響無人機的整體飛行性能、續(xù)航等?，F(xiàn)如今市面上四大最先進的四種結構材料：碳纖維復合材料、合金鋼、鈦合金與鋁合金。但有研究表明，相對于使用鋁合金作為產品結構材料，碳纖維樹脂基復合材料可以使結構減重約27%左右。復合材料的整體成型技術是利用熱壓罐進行共固化或共膠接，直接實現(xiàn)多個部件間的結構一次性成型，這樣的成形技術大幅度減少了零件、緊固件的數(shù)量，達到了減輕產品整體質量的目的，并且使產品的結構穩(wěn)定性大幅度提高。

如圖4，先進的碳纖維樹脂基材料在無人機造型中被廣泛應用，并且可以滿足設計者的不同需求，實現(xiàn)復雜的線面拼接，并且它的成型技術讓無人機在造型上不需要太多的分件分面，就可以使造型更整體。另外，材料本身的紋理也讓無人機造型變得更加有質感。

4結語利用無人機開展海上搜救活動在風險控制性、使用成本及快速靈活的機動性等方面都有著不可比擬的優(yōu)勢。在未來，搜救無人機的性能不斷發(fā)展成熟，造型設計上會有更高的追求。工業(yè)設計是一門交叉學科，本文只從造型設計的角度來分析無人機，希望通過本文中筆者對海洋搜救無人機造型設計影響的三大因素歸納，會對以后無人機的設計起到一定的指導作用，讓更多的設計師和工程師投入到無人機的設計中來。

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