張 彥， 王恒濤， 楊 瑞， 袁成清

(1. 武漢理工大學(xué) a. 能源與動力工程學(xué)院； b. 國家水運(yùn)安全工程技術(shù)研究中心， 武漢 430063;2. 交通運(yùn)輸部水運(yùn)科學(xué)研究院， 北京 100088)

當(dāng)前海洋已逐漸成為世界各國搶先開發(fā)的資源要地，無人航行器(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)作為海洋開發(fā)過程中用到的重要工具，得到了各海洋強(qiáng)國的高度重視，在水域數(shù)據(jù)采集、海洋工程實施、海圖繪制和軍事等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。[1]

UAV是航行于水面和水下的小型航行體，其功能多樣且應(yīng)用范圍極其廣泛，可根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)和控制模式對其作進(jìn)一步區(qū)分。 根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)可分為水面航行器(Unmanned Surface Vehicle, USV)和水下航行器(Unmanned Underwater Vehicle, UUV)。 根據(jù)控制模式可分為遙控式航行器 (Remotely Operated Vehicle, ROV)和自主式航行器(Autonomous Underwater Vehicle, AUV)[2]，其中部分UAV應(yīng)用到了遠(yuǎn)程遙控和自主航行雙模式控制中，提高航行的安全性。

隨著海洋經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，UAV的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，但應(yīng)用環(huán)境越來越復(fù)雜，保證其安全可靠、穩(wěn)定運(yùn)行和長航時特性顯得十分關(guān)鍵，一直是國內(nèi)外對UAV的研究熱點。動力及其推進(jìn)系統(tǒng)是UAV運(yùn)行的核心機(jī)構(gòu)之一，影響著其功能性的具體實現(xiàn)，同時需滿足針對性強(qiáng)、低噪聲和高續(xù)航力等要求[3]，因此需要合理地構(gòu)建。本文對UAV動力及其推進(jìn)系統(tǒng)各部件的研究現(xiàn)狀進(jìn)行描述，并圍繞動力及其推進(jìn)系統(tǒng)構(gòu)建的流程，對各部件在具體選型、匹配等方面的關(guān)鍵內(nèi)容和存在的問題進(jìn)行分析，以期為UAV動力及其推進(jìn)系統(tǒng)的應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 動力及其推進(jìn)系統(tǒng)的構(gòu)成

為滿足UAV的運(yùn)行要求，動力及其推進(jìn)系統(tǒng)通常由動力源、傳動機(jī)構(gòu)、推進(jìn)器等3部分組成。動力源作為能量供給端，經(jīng)傳動機(jī)構(gòu)將力傳遞到推進(jìn)器，由推進(jìn)器推進(jìn)航行器航行。近年來，國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者對動力及其推進(jìn)系統(tǒng)的各部件，特別是動力源與推進(jìn)器開展了一系列理論研究與應(yīng)用驗證。

1.1 動力源

動力源的合理選擇直接決定續(xù)航力。當(dāng)前各國研制的航行器主要采用包括熱機(jī)、蓄電池和燃料電池等在內(nèi)的內(nèi)置能源與包括太陽能、風(fēng)能和波浪能在內(nèi)的環(huán)境能源2類。

1.2 傳動機(jī)構(gòu)

傳動機(jī)構(gòu)是動力源與推進(jìn)器的連接機(jī)構(gòu)。螺旋槳推進(jìn)的傳動軸系種類多樣，主要有直接傳動、間接傳動和Z型傳動等，但一般包括聯(lián)軸器、推力軸承、離合器和支承軸承等機(jī)構(gòu)。UAV一般采用Z型傳動，其機(jī)構(gòu)技術(shù)成熟，操縱性好，但質(zhì)量和尺寸較大，極大地增加了航行器的負(fù)荷。不斷發(fā)展的無軸輪緣推進(jìn)器采用螺旋槳-電機(jī)一體化的設(shè)計，省去了傳動機(jī)構(gòu)。

1.3 推進(jìn)器

推進(jìn)器決定UAV的推進(jìn)效率和適用范圍。目前，常用的推進(jìn)器主要有螺旋槳、噴水推進(jìn)器、無軸輪緣推進(jìn)器和逐漸成為研究熱點的仿生推進(jìn)器等。除此以外，若使用的是純風(fēng)帆直接推進(jìn)，或波浪滑翔機(jī)，則動力源與推進(jìn)器往往被認(rèn)為是一體的。

2 動力源

2.1 內(nèi)置能源

內(nèi)置能源主要指熱機(jī)、蓄電池和燃料電池等可攜帶能源，具有效率高、成本較低和技術(shù)成熟等優(yōu)勢，是現(xiàn)有UAV的主要動力能源。[4]但是采用內(nèi)置能源會極大地限制航行器的續(xù)航能力，同時其自重會對航行器的艙室布置和運(yùn)行姿態(tài)等造成一定的影響。內(nèi)置能源應(yīng)用實例見圖1。

2.1.1熱機(jī)

目前，UAV采用的熱機(jī)主要為柴油機(jī)，例如以色列研發(fā)的“Silver Marlin”型USV(如圖1a所示)采用柴油機(jī)作為動力源，主要執(zhí)行海岸目標(biāo)識別和近海識別等任務(wù)。[5]以柴油機(jī)為代表的熱機(jī)動力源具有可靠性高、熱效率高和成本較低等優(yōu)點，但柴油機(jī)工作時噪聲較大，靜默效果不好，且在航行過程中自身會產(chǎn)生污染物，會對水質(zhì)監(jiān)測、環(huán)境保護(hù)和軍事偵察等用途的航行器造成一定的影響，主要在對動力功率需求較大的航行器上使用。近幾年無氣體產(chǎn)生燃料的外熱源熱機(jī)在UAV上逐步被使用，其在續(xù)航力和航速上都優(yōu)于其他類型的動力裝置，且使用無氣體產(chǎn)生燃料，能從根本上解決水下氣體排放問題，提高航行的隱蔽性，具有良好的軍事應(yīng)用前景。可作為外熱源熱機(jī)無氣體產(chǎn)生燃料的化學(xué)物質(zhì)有很多，包括Mg和Li等金屬、Si等非金屬單質(zhì)或化合物。[6]

a) Silver Marlin

2.1.2蓄電池

目前，常見的蓄電池主要有以鉛酸電池為代表的傳統(tǒng)型電池和以鋰離子電池為代表的新材料電池。綜合對比二者的性能可知，鋰電池的體積約為鉛酸電池的2/3，其質(zhì)量約為鉛酸電池的1/3。[7]由于UAV通常在體積和質(zhì)量方面有較為嚴(yán)格的限定，因此航行器常以鋰離子電池為動力源。美國[8]研制的“REMUS 100”型AUV動力源就為鋰離子電池組(如圖1b所示)主要用于近海作戰(zhàn)和信息采集等。相較于熱機(jī)，采用蓄電池作為動力源的UAV具有靜默效果好和噪聲低等優(yōu)勢，因此是主流動力源。

2.1.3燃料電池

燃料電池具有清潔高效、能量密度高、轉(zhuǎn)換效率高、噪聲低和可長時間工作等特點，對于執(zhí)行特殊工作的USV或執(zhí)行長距離水下潛航偵察任務(wù)的UUV來說都是理想的能量來源方式，其已成為航行器動力源的研究熱點。[9]例如，日本“Urashima”型AUV搭載一個完全封閉循環(huán)的燃料電池系統(tǒng)，使該型AUV能以3 kn的速度續(xù)航300 km。[10]中國科學(xué)院沈陽自動化研究所為無人水下機(jī)器人研發(fā)一種質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)，其包括氫氣和氧氣循環(huán)系統(tǒng)、氣水分離系統(tǒng)、排熱循環(huán)系統(tǒng)和檢測與控制系統(tǒng)等。[11]以燃料電池為動力源的UAV在續(xù)航能力上具有一定的優(yōu)勢，但機(jī)構(gòu)復(fù)雜，對技術(shù)條件的要求較高。

2.2 環(huán)境能源

由于UAV攜帶能源有限，續(xù)航力成為主要限制因素。近年來，利用環(huán)境能源成為提高船舶航行器續(xù)航力的主要措施，在UAV上可利用的環(huán)境能源主要有太陽能、風(fēng)能和波浪能。

2.2.1太陽能

在海洋環(huán)境中，太陽能主要集中分布于水面以上區(qū)域和淺水區(qū)域，由于海洋表面空曠且沒有覆蓋物的遮擋，因此接收光照的條件較好，在安裝有各種用電設(shè)備的UAV上，通過鋪設(shè)太陽能電池板進(jìn)行光伏發(fā)電具有廣闊的應(yīng)用前景。太陽能航行器見圖2。

a) Charlie號

太陽能在USV上應(yīng)用較多，例如意大利CNR-ISSIA研發(fā)機(jī)構(gòu)研發(fā)的“Charlie”號USV利用光伏發(fā)電驅(qū)動(如圖2a所示)主要在南極洲對海洋微表層進(jìn)行取樣和收集大氣海洋界面數(shù)據(jù)[12]；日本Eco Marine Power公司在2011年研制三體結(jié)構(gòu)的USV“Aquarius”號，該航行器的每個船體間用橫跨的太陽能電池板作為甲板進(jìn)行連接，廣闊的甲板面積可為其提供更多的能源供應(yīng)。[13-14]

在水面下弱光的環(huán)境中，太陽能的轉(zhuǎn)化利用效率低下，為解決太陽能難以在水下收集的問題，利用太陽能的UUV普遍采用“水面充電、水下航行”的模式，即航行器浮至水面待航，并利用太陽能進(jìn)行充電，待電量充滿之后再下潛水中進(jìn)行航行工作。[15]美國海軍研究局研制太陽能UUV樣機(jī)SAUA號(如圖2b所示)，該航行器質(zhì)量為90 kg，長1.7 m，寬0.7 m，表面搭載2個功率為30 W的太陽能電池板，并采用鎘鎳電池儲存電能。[16]

雖然采用太陽能作為動力源具有長航時和無污染等優(yōu)點，可應(yīng)用于執(zhí)行遠(yuǎn)航任務(wù)的航行器上，但發(fā)電功率受環(huán)境因素的影響較大，且對航行器甲板面積有一定的要求。

2.2.2風(fēng)能

目前，風(fēng)能在UAV上的利用可分為直接利用風(fēng)帆推進(jìn)和先利用電機(jī)進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電再推進(jìn)2類。其中：直接利用風(fēng)幀推進(jìn)的航行器簡單、高效，通過在航行器上加載可變換角度的風(fēng)帆將風(fēng)力轉(zhuǎn)化為航行器的航行動力；利用風(fēng)力發(fā)電推進(jìn)的航行器先通過風(fēng)葉和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能再將其轉(zhuǎn)為電能進(jìn)行電力推進(jìn)。[17-18]

目前常用的是風(fēng)帆直接驅(qū)動，風(fēng)能航行器見圖3。各國學(xué)者改進(jìn)傳統(tǒng)風(fēng)帆并設(shè)計多種更加適合UAV的特殊風(fēng)帆。例如UOV公司研發(fā)以風(fēng)能作為動力源，理論上續(xù)航能力為無限長的USV，適用于海洋數(shù)據(jù)收集、測量等。[19]美國大西洋大學(xué)的學(xué)者研究制作利用風(fēng)能進(jìn)行推進(jìn)航行的航行器WASP號(見圖3a)，該航行器設(shè)計一個新型復(fù)合結(jié)構(gòu)翼，利用碳纖維制成骨架，用玻璃纖維和樹脂材料融和為肋骨，并用可阻擋紫外線的熱塑性薄膜制成帆面，新材料的使用使得風(fēng)帆的重量大大降低，同時優(yōu)化了空氣動力效率。[20-21]

雖然海洋風(fēng)能儲量巨大，但其是一種聚集于水面以上的能量，因此風(fēng)能利用在UUV的設(shè)計中并不多見。美國OceanAero公司研制的“Submaran S10號”是一種兼具水面和水下航行能力的航行器(見圖3b)，該航行器設(shè)計一種獨立于船體的可旋轉(zhuǎn)的折疊風(fēng)帆，其在使用時為豎直狀態(tài)，可將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為推進(jìn)力，同時通過風(fēng)速計分析風(fēng)速和風(fēng)向，從而調(diào)整帆向，優(yōu)化風(fēng)帆的推進(jìn)力并保持航向和航速。當(dāng)進(jìn)行水下潛行時，風(fēng)帆旋轉(zhuǎn)收縮至甲板上的縫隙內(nèi)，以減小船舶在水下的阻力。[22]

a) WASP號

由于風(fēng)況具有不穩(wěn)定性，風(fēng)能常與其他能源互補(bǔ)利用，同時風(fēng)帆會對航行器的穩(wěn)性造成一定的影響，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計很重要。

2.2.3波浪能

波浪能驅(qū)動是常見的UAV驅(qū)動形式，通常應(yīng)用于滑翔機(jī)上。[23-25]波浪能航行器見圖4。波浪滑翔機(jī)通常由處于水面的母船和處于水下的滑翔機(jī)2部分組成，二者之間由柔性纜繩連接，其工作原理是：當(dāng)水面母船隨海浪向上運(yùn)動至波峰位置時，水下滑翔機(jī)也經(jīng)由柔性纜繩被向上帶動，這時水流開始以一定角度向下沖擊滑翔機(jī)，產(chǎn)生的向前分力推動航行器航行；當(dāng)水面母船運(yùn)動至波谷位置時，水下滑翔機(jī)也隨之下降，水流向上使航行器獲得向前的推動力，波浪滑翔機(jī)在波浪的連續(xù)作用下不斷前進(jìn)，并由舵控制航行方向。[26-27]例如：我國自主研制的“藍(lán)鯨”系列波浪滑翔機(jī)(見圖4a)；美國設(shè)計完成的飛翼式水下滑翔機(jī)“X-Ray”。

有些航行器利用波浪能發(fā)電裝置，當(dāng)其工作時，UAV需上浮至近海面，通過波浪能采集裝置、能量傳遞轉(zhuǎn)換裝置和發(fā)電機(jī)等3部分將海洋動能和勢能轉(zhuǎn)化為電能。[28]例如：我國西北工業(yè)大學(xué)的學(xué)者提出一種可用于UUV的波浪能發(fā)電系統(tǒng)(見圖4b)，利用稀土永磁發(fā)電機(jī)和晃動擺；另有學(xué)者針對航行器波浪能隨體發(fā)電技術(shù)，提出通過在航行器外部2側(cè)加裝擺動水翼裝置進(jìn)行波浪能發(fā)電。[29-31]雖然波浪能是當(dāng)前海洋中蘊(yùn)藏最豐富的能源之一，但其利用受洋流因素的影響較大，前期需對任務(wù)區(qū)域洋流有深入的了解和分析。

a) “藍(lán)鯨”系列波浪滑翔機(jī)

2.3 混合動力

單一動力源為航行器供能，在穩(wěn)定性和持久性方面存在一定的局限性，因此混合動力被逐步采用?；旌蟿恿υ诤叫衅魃系氖褂弥饕捎脙?nèi)置能源與環(huán)境能源組合的方式，或多種環(huán)境能源相組合的方式，常見的有太陽能與蓄電池組合、風(fēng)能與太陽能組合和太陽能與波浪能組合等。例如我國海洋國家實驗室研發(fā)的“海鰩”波浪滑翔機(jī)(見圖5)，其利用波浪能驅(qū)動，太陽能電池板發(fā)電供給所搭載電子儀器，連續(xù)航行92 d，航程達(dá)到3 000 km，在立體組網(wǎng)觀測、海水水質(zhì)監(jiān)測、島礁守備、水下目標(biāo)探測和水文觀測等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。[32]

圖5 混合動力航行器“海鰩號”

3 推進(jìn)器

3.1 螺旋槳

螺旋槳是指靠槳葉在水中旋轉(zhuǎn)，將電機(jī)轉(zhuǎn)動功率轉(zhuǎn)化為推進(jìn)力的裝置。當(dāng)電機(jī)通過軸帶動螺旋槳轉(zhuǎn)動時，對水產(chǎn)生一個向后的力，水也會對螺旋槳產(chǎn)生一個反作用力，以此來驅(qū)動螺旋槳運(yùn)轉(zhuǎn)。目前，螺旋槳還是UAV主流采用的推進(jìn)方式，應(yīng)用較多的是對轉(zhuǎn)螺旋槳和導(dǎo)管螺旋槳2類以及多螺旋槳協(xié)同推進(jìn)方式。[33]例如英國普利茅斯大學(xué)研發(fā)的“Springer”型航行器采用直流電機(jī)驅(qū)動，由螺旋槳推進(jìn)，具有低速時推進(jìn)效率較高、建造和維修成本較低等優(yōu)勢。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，將推進(jìn)電機(jī)、舵和螺旋槳等元件集成可360°旋轉(zhuǎn)的吊艙槳，解決傳統(tǒng)螺旋槳只能提供固定軸線推力的問題，但因造價高和密封性要求高等問題，并未在航行器上大量運(yùn)用。

3.2 噴水推進(jìn)器

噴水推進(jìn)是一種特殊的推進(jìn)方式，推進(jìn)機(jī)構(gòu)的噴射部分浸在水中，利用噴射水流產(chǎn)生的反作用力驅(qū)動航行器前進(jìn)，具有吃水淺、復(fù)雜水域通過性能較好、傳動機(jī)構(gòu)簡單和附件阻力小等優(yōu)點，特別是在高航速時，推進(jìn)效率較高，能提供較高的航速。例如日本YAMAHA 公司的“UMV-O”號USV采用的就是噴水推進(jìn)器，最高航速可達(dá)40 kn。[34]

3.3 無軸輪緣推進(jìn)器

無軸輪緣推進(jìn)器對電機(jī)和推進(jìn)器進(jìn)行集成，主要由轉(zhuǎn)子軸承、固定軸承、多磁極定子和外殼等組成。無軸輪緣推進(jìn)器的應(yīng)用能有效地減少推進(jìn)系統(tǒng)占用的航行器內(nèi)艙，提高空間利用率，增加航行器的推進(jìn)效率，減少振動與噪聲，保證航行器的隱蔽性，在軍事和民用領(lǐng)域都有極高的應(yīng)用價值和廣闊的市場前景。

英國Rolls-Royce公司在2005年成功研制出了功率為800 kW的無軸輪緣推進(jìn)器。荷蘭的Vander Velden Marine System公司在2006年開發(fā)了管道式7葉無軸輪緣推進(jìn)器。挪威科技大學(xué)和國內(nèi)的702研究所[35]都在開發(fā)各種無軸輪緣推進(jìn)器，部分已在潛航器上有所使用。無軸輪緣推進(jìn)器的研究在國內(nèi)還比較少，特別是在航行上的使用尚處于基礎(chǔ)性研究階段，包括智能控制策略，潤滑、密封和冷卻，振動和噪聲的控制方法等關(guān)鍵技術(shù)都需要繼續(xù)突破。

3.4 仿生推進(jìn)器

海洋生物經(jīng)過億萬年的進(jìn)化，在水中形成了一套獨特的游動推進(jìn)方式，特別是魚類的波動推進(jìn)和蝦類在快速逃逸時的射流推進(jìn)，具有高機(jī)動性、高穩(wěn)定性、高效率、高隱身性和低干擾等特點，這與當(dāng)前UAV的需求不謀而合。因此，仿生推進(jìn)器已成為UAV新的研究方向，在保障國家海洋安全等方面至關(guān)重要。仿生推進(jìn)器應(yīng)用實例見圖6。如今仿生生物主要有：美國研制的仿生金槍魚(見圖6a)、日本研制的仿生海豚(見圖6b)和我國研制的仿生鰻魚與仿生蛇等。[36]

a) 仿生金槍魚

2014年麻省理工學(xué)院研制出仿鲹科柔性機(jī)器魚推進(jìn)器，該機(jī)器魚的尾鰭通過3D打印，仿照自然模型打印，通體采用柔性材料制作，伸展性和彎曲性能良好。2018年我國研發(fā)的ROBO-SHARK采用鯊魚作為原型，以三關(guān)節(jié)仿生尾鰭替代傳統(tǒng)螺旋槳推進(jìn)器，推進(jìn)效率高達(dá)80%，最高航速可達(dá)8～10 kn，遠(yuǎn)優(yōu)于其他仿生類潛航器潛水器約2 kn的平均航速。[37]由于仿生推進(jìn)器對航行器的外形要求嚴(yán)格，限制航行器的功能且航速較低，在實際工程應(yīng)用上需進(jìn)一步研究。

3.5 混合推進(jìn)

不同的推進(jìn)方式有其各自的特點，為融合多方的優(yōu)點，有學(xué)者提出采用混合推進(jìn)形式。例如美國Webb公司在滑翔機(jī)的艉部增加1臺螺旋槳推進(jìn)器，使其既可在水中進(jìn)行鋸齒形的剖面滑翔運(yùn)動，又可在水中推進(jìn)前進(jìn)，同時滿足遠(yuǎn)距離、長時序和快速機(jī)動。美國佛羅里達(dá)理工學(xué)院的研究人員設(shè)計了一款名為“AUV-Glider”的航行器，在其艏部和艉部都裝有噴水推進(jìn)器，大大提高了在水中的靈活性。

4 動力及其推進(jìn)系統(tǒng)的構(gòu)建

在開展UAV動力及其推進(jìn)系統(tǒng)各部件研究的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)整系統(tǒng)的合理構(gòu)建是最終目標(biāo)。但是，相比動力源和推進(jìn)器等核心部件方面的研究，對動力及其推進(jìn)系統(tǒng)具體構(gòu)建模式的研究相對較少，缺乏完整描述。因此，本文圍繞UAV動力及其推進(jìn)系統(tǒng)構(gòu)建的流程進(jìn)行詳細(xì)闡述，并在具體選型和匹配方面對各部件進(jìn)行分析，有利于對動力及其推進(jìn)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀的進(jìn)一步理解。

國內(nèi)外對于UAV動力及其推進(jìn)系統(tǒng)的應(yīng)用研究，主要采取先確定擬選用的動力源或推進(jìn)器，再進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化、選型與匹配的模式。這種模式過于關(guān)注新技術(shù)應(yīng)用本身，而忽略了UAV整體的運(yùn)行需求。實際上，UAV在主尺寸、航速、運(yùn)動控制和續(xù)航能力等方面均具有特殊要求，運(yùn)用于軍事領(lǐng)域的航行器還對噪聲和運(yùn)載能力等因素有特殊要求，這些都會影響動力及其推進(jìn)系統(tǒng)。為滿足這種特殊要求，動力及其推進(jìn)系統(tǒng)的構(gòu)建應(yīng)以功能需求為啟動點，綜合考慮運(yùn)行特征、航速和航時等重要影響因素，開展動力源、傳動機(jī)構(gòu)和推進(jìn)器的具體選型與匹配，并始終以結(jié)構(gòu)可行性為衡量標(biāo)準(zhǔn)。[38-40]同時，本文提出一套UAV動力及其推進(jìn)系統(tǒng)的構(gòu)建流程，見圖7。

圖7 小型航行器動力及推進(jìn)系統(tǒng)構(gòu)建流程

基于流程構(gòu)件UAV動力及其推進(jìn)系統(tǒng)，對于動力源、傳動機(jī)構(gòu)和推進(jìn)器等各部件而言，在具體選型和匹配等方面需關(guān)注的重點內(nèi)容包括：

1) 對功能需求和運(yùn)行環(huán)境方面數(shù)據(jù)的掌握。航行器通常根據(jù)需求有針對性地設(shè)計制造，在設(shè)計前，必須先了解UAV的功能需求，例如對噪聲、污染排放和續(xù)航力等方面的要求，還需獲取當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境數(shù)據(jù)，特別是風(fēng)況、洋流情況和太陽能輻射量等詳細(xì)數(shù)據(jù)。

2) 動力源、傳動機(jī)構(gòu)和推進(jìn)器的選擇與設(shè)計。根據(jù)功能需求和運(yùn)行環(huán)境設(shè)計適合的動力源、傳動機(jī)構(gòu)和推進(jìn)器，在滿足要求的前提下應(yīng)做到各機(jī)構(gòu)最優(yōu)適配。

3) 針對不同目標(biāo)功能的UAV設(shè)計的動力源會有很大差別。當(dāng)目標(biāo)航行器對續(xù)航能力有較高要求時，可采用燃料電池或太陽能等環(huán)境能源；在考慮經(jīng)濟(jì)因素時，應(yīng)考慮采用傳統(tǒng)能源。另外，UAV的運(yùn)行環(huán)境也是動力源選擇的主要影響因素，USV可有效利用太陽能和風(fēng)能提高續(xù)航力，UUV主要通過利用波浪能提高續(xù)航力。

4) 由于UAV的不同結(jié)構(gòu)和功能需求，推進(jìn)器有很大差異。在設(shè)計時，除了要考慮結(jié)構(gòu)和功能需求以外，還需綜合考慮運(yùn)行的環(huán)境因素及其推進(jìn)器與動力源的契合等因素，并通過分析對比確定最優(yōu)推進(jìn)方式。

5) 控制系統(tǒng)的構(gòu)建。控制系統(tǒng)是UAV動力及其推進(jìn)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，合理地構(gòu)建控制系統(tǒng)和提高控制精度是UAV高效完成作業(yè)任務(wù)的前提。

5 結(jié)束語

UAV動力及其推進(jìn)系統(tǒng)的發(fā)展必須是面向功能需求的，滿足航行器長航時、低噪聲和隱蔽性等的特殊要求。

根據(jù)動力及其推進(jìn)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，環(huán)境能源、仿生推進(jìn)器因其具有的優(yōu)勢，會成為主要研究與應(yīng)用方向，多能源組合、混合推進(jìn)技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)會得到重點發(fā)展。但是，環(huán)境能源不穩(wěn)定、能量密度低和仿生推進(jìn)器難以兼顧靈活性與速度性等問題會對其大范圍應(yīng)用帶來一定的阻礙。

隨著高端智能海洋裝備成為海洋科技產(chǎn)品發(fā)展的核心，智能化成為了UAV發(fā)展的方向，AUV逐漸成為主流。UAV的智能化主要體現(xiàn)在形成智能控制系統(tǒng)，其對于動力及其推進(jìn)系統(tǒng)而言，能有效實現(xiàn)部件之間的協(xié)調(diào)與配合，從而有利于克服相關(guān)技術(shù)的缺點，推動研究與應(yīng)用進(jìn)展。