撰文|小魔

空中无人机可以进行运输监视，可以高速执行远距离飞行任务，而水中无人机则可以悄无声息地探索水下环境。

(相关资料图)

那么问题就来了，如果将两种无人机功能结合在一起，会创造出什么样的产物呢？

今天我们要介绍的TJ-FlyingFish就是一款能提供两栖服务的好东西，这款四轴无人机不但能飞上蓝天，也能够在墨色的深水中潜行。

该水空两栖无人机原型机是由同济大学上海智能自主系统研究所和香港中文大学无人系统研究小组的科学家团队合作开发而来。

乍一看，TJ-FlyingFish和普通四轴飞行器似乎没什么不同——它由一个中央圆顶机身和呈十字型对称分布的四条机臂组成，每个机臂的末端都设有一个推进装置（电机/螺旋桨模块）。

然而，与普通四轴飞行器不一样的是，TJ-FlyingFish的每个推进装置里都包含有一个特殊的两挡变速箱，安装它的机臂则可以相对于无人机的其余部分进行独立旋转。

当无人飞行时，它的四个推进装置与螺旋桨都会朝向上方，并用两挡转速中较高的一挡来控制螺旋桨获得足够的升力进行起飞与盘旋，这点和普通四轴无人机的飞行方式没有任何区别。

不过一旦TJ-FlyingFish降落到水面上，这些推进装置就会朝下旋转180度，然后切换到低速挡旋转螺旋桨，将无人机拉到水面以下。

为了在完全潜入水中后进行垂直和水平移动，无人机会根据需求调整每个推进装置的角度和推力。也就是通过这一系列的自我调整，无人机可以在水面游泳，或深入水下潜行。

这些并不算完，一旦它完成了水下的工作，该款无人机还可以返回到水面上飞走。

在目前的原型机测试验中，这款重量为1.63公斤的TJ-FlyingFish在每次电池充满电后，可以进行大概6分钟的盘旋飞行，或在水下移动40分钟。这款无人机最多能下降到水下3米的深度，其水下最高行进速度为2m/s。

此外，根据参与研发的工程师之一香港中文大学的陈斌教授介绍，这架无人机是完全自主的，在其两栖旅行的任何时候都不需要人类的操控或帮助，它可以完全离线执行所有操作。

而且，相比于其他实验性水空两栖无人机，TJ-FlyingFish有着更轻的重量，因为它并非像后者一样只是在标准四轴飞行器机体上添加了水下硬件。

开发人员也为TJ-FlyingFish列出了几种未来可能的应用场景，包括航空摄影、遥感以及陆地和水中的搜索和救援行动。例如，当检查海上风力发电场或是搜索一些人类难以进入的水域时，该款无人机都可以发挥作用。

其实，设计一款可以在空中飞行和水下探索之间无缝过渡的两栖飞行器是一项很难的挑战。

因为在穿越空气——水面时，附加质量、流体阻力和“地面效应”的显著变化意味着这款跨媒介混合飞行器必须拥有合理且强大的推进系统。

跨媒介无人机还必须能够在不同的环境中精确控制其推进速度。在空中移动得太快，会让无人机会遇到很大的空气阻力，而在水中如果移动得太慢，它也会遭遇到极大的水中阻力。无人机的质量中心也必须经过仔细平衡，以确保潜水作业中的浮力和空中飞行时的稳定性。

除了物理结构上的设计，开发能够在空中和水中有效工作的传感和通信系统也是个大问题，因为不同的环境给这些系统带来了不同的挑战。例如，由于电磁波在水中的衰减，就会让水下通信变得更加困难。

最后，当工程师克服了所有上述挑战之后，他们还必须设计出一种足够小、足够轻的设备，使其能够有效地飞行，同时也要有足够的耐用性来承受水下作业的压力。

开发水空两栖无人机虽然难度很高，但是除了TJ-FlyingFish的开发团队并非没有其他工程师尝试这项挑战。

事实上早在2016年，新西兰奥克兰大学的科学家们也曾开发过一款飞行&水下游泳的四旋翼无人机，该无人机被称为LoonCopter。

在飞行方式上LoonCopter与TJ-FlyingFish无人机都差不多，但它的潜航功能却与后者有很大差别，LoonCopter机身下方配有一个浮力室，它并非靠推进装置调整自身角度来游泳或潜水。

当LoonCopter水平地降落在水面后，它会将水吸入自己的浮力室，使其机身向一侧倾斜。然后，该无人机则利用其现有的垂直螺旋桨在水中移动。

一旦到了需要再次升空的时候，它就会抽出浮力室里的水，使自身浮回水面并摇摆到机身朝上，然后再使用垂直螺旋桨起飞离开水面。

LoonCopter设计的特点是，当它在水面上漫游时不会消耗能量，并且它还可以用很小的动力（不使用螺旋桨）改变和控制自身的潜航深度，因此当有障碍物靠近无人机时，它不需要浪费能量控制螺旋桨，直接就能浮出水面，能为无人机水下作业节约不少能量。

不过就像刚才提到的，由于开发难度十分大，无论是TJ-FlyingFish还是LoonCopter，将这些两栖无人机从原型机孵化为量产机的道路都不会那么顺利。如果你想要一款既能上天又能入海的航拍器，至少还要再等上那么几年。【END】