海洋搜救无人机造型设计分析

赵晓明 桑延青

摘要：无人机技术发展了一百多年已经相对稳定成熟，对于其应用的探索也扩展到了各行各业，例如在海洋搜救领域，无人机技术就有着得天独道的优势。但好的产品不仅仅要有先进的技术，而且更需要功能与形式相结合，并从产品的外观造型设计上吸引用户，内在美与外在美相结合。本文就针对海洋搜救无人机的造型设计进行分析，从海洋环境、无人机类型、复合材料的应用三点总结对造型设计的影响。

关键词：造型分析;海洋环境;影响因素

中图分类号：TB472

文献标识码：A

文章编码：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

随着我国水路运输的快速发展和海洋开发利用力度加大，海上遇险事件不断增加，遇险船舶和人员数量逐年增长，海洋搜救一直是困扰人们的难题。针对目前日益繁重的水上交通安全应急处置任务，在依靠传统水面船艇及搜救直升机的基础上，利用无人机开展远程水上交通安全应急处置，具有重要的现实意义。单纯的机械式救援无人机造型已经无法满足人们对审美的追求，现如今的工业产品讲究实用性与美观度的统一，重视产品与人的结合，将先进的技术与广泛的社会需求作为设计风格的基础，把技术、艺术和经济结合起来，更好地满足社会生活的需要。本文通过对影响海洋救援无人机造型的海洋环境因素、无人机类型和复合材料技术三点进行分析研究，总结归纳其对无人机造型设计的影响。

1海洋环境对造型设计的影响

海洋搜救环境中，风对于无人机的起飞是一项影响最为重要的因素，一般造型的无人机对于风力的抵抗在5—6级，在旋翼外增加保护造型的无人机能抵抗最大7级的风力。如果风力再强无人机就无法起飞完成搜救任务了，毕竟无人机整机质量还是轻，在许多海洋灾害中风力都达到8级以上，这样的风力相当于风速达到了60km/h，人在陆地行走都很困难，更何况整机质量不到5kg的无人机了。此时，造型上的改变已经无济于事，只能寄希望于更先进的无人机技术被开发出来，才能抵抗这种恶劣的自然环境。

另一种情况就是无人机在搜救过程中意外落水，所以也要求无人机机身有一定的防水性（IP67级以上）。在造型上，机身最好为一体成型从而减少因为部件拼接产生的缝隙，或是在内部增加防水橡胶垫保护电子元件。

色彩方面一般选用明亮的警示色，如橙色、红色、黄色，方便受灾人员发现也便于救援人员在海上回收。

如图1，斯威普水手无人机――一款被设计来进行水上作业的无人机，它可以在水面上悬停、雨中飞行、水中航行甚至是在水下进行拍摄。整个机身选择了救援工作中常见的橙色，并搭配银灰色3M反光条点缀，即便是在下雨天或光线不好的天气情况下也可以轻松的寻找到无人机位置，降低了后期操作人员的回收难度。与此同时，这款无人机的整机重量仅为2300g，两对12英寸自锁式碳纤维拨片和复合材料的机身大大的减少了重量。再配合590KV无刷电机的强大动力，使得无人机在飞行过程中可以更加灵巧和智能，在空中可以完成各种高难度动作。

出于安全性的考虑，启动无人机需要揭开顶部防水透气顶盖并接通内部电源，固定顶盖的是四颗不锈钢螺钉;顶盖内部装有的纳米垫层，可以起到隔水密封的作用，笔者注意到机体底部的双轴防水云台也有类似的设计，卓异的防水设计使得斯威普水手旗舰版成为一款支持IP67标准（外壳防护等级，最高为IP68）的无人机，不但能够完全阻止外物及灰尘侵入，还能够防止水浸入机体内部;同时无人机内部的零部件也采用防水抗腐蚀材质包裹。斯威普水手旗舰版也因此拥有了雨中飞行、水中航行甚至是水下拍摄的能力。

综上所述，海洋环境对于无人机造型上也有一定影响因素，海上风力会影响无人机的起飞，需要在造型上尽量设计成流线型，且需要在无人机旋翼外面设计保护造型以减小风对旋翼旋转时的影响;且机身造型要有一定的整体性，能够将内部电子元件包裹，部件间连接和机身拼接缝隙需要有纳米垫层来进行防水密封;色彩方面选用明亮的色彩做点缀，也可以增加3M反光条，方便后期无人机的回收。

2无人机类型对造型设计的影响

2.1固定翼无人机

如图2，固定翼无人机一般对起飞场地有要求，需要一定的开阔空间，大型的固定翼无人机需要跑道进行加速才能起飞。固定翼无人机的优势也很明显，航行距离远，续航时间长，飞行速度快，但不可以空中悬停，只能在高空盘旋，一般会应用于地理测绘，环境监测。对操作人员的要求也很高，需要经过专业的培训才能上手。此外，固定翼无人机在空中是类似于飞机通过副翼与尾翼来调整姿态的。所以在造型设计的时候就有了限制，整个机身要在复合空气动力学的基础上做设计，一般采用形态仿生学的设计方法，模拟鸟类飞行的姿态;或是在造型上参考大型飞机，整体流线的造型，线条多为弧度较小的曲线来保证曲率的流畅。色彩上一般主色调选用黑色、白色等纯净之色，然后再搭配红色、黄色、橙色等明度较高的颜色作对比，赋予产品品牌的调性，加深品牌印象。

2.2旋翼无人机

如图3，旋翼无人机相较于固定翼无人机就少了许多限制条件，但它最大的限制条件就是续航，由于使用多旋翼的技术，就要求电池给多个电动马达供电来克服垂直起降时的地心引力。在电池技术还相对不那么完善的情况下，许多专业级多旋翼无人机也只有三十分钟左右的航行时间。但多旋翼无人机的优势也是很明显的，它操作简单即使从没有使用过的用户，在简单介绍后也能入门上手，且操作原理简单，通过调整旋翼不同的转速来运动起降。

旋翼无人机造型上发挥的空间相对固定翼无人机更为丰富，可以通过选用不同的旋翼数量来设计不同的造型，一般以四轴旋翼、六轴旋翼为多，造型也采用X型来保持飞行的平衡。机身和悬臂皆可单独设计，机身下方搭载的功能性模块也可以做造型设计，圆润且具有未来感的造型与体块切割直线条的科技感造型最为常见。色彩方面也多选用黑、白、灰三色，低调沉稳又通过明度的变化来表达层次感。

3复合材料技术对造型设计的影响

随着复合材料生产技术的发展，使得诸如碳纤维、合成树脂、复合陶瓷等材料的价格也越来越亲民，在工业产品的造型设计中也越来越常见，复合材料对比传统材料优势巨大，可以说给产品造型设计带来更大的空间，让设计师在材质的搭配上有了新的选择。笔者在对无人机调研时发现，市面上80%以上的无人机产品都采用了碳纤维树脂基这种材料，下面就谈一下这种先进的复合材料对于无人机造型设计中有怎样的影响。

先进碳纤维树脂基复合材料拥有耐腐蚀、耐疲劳、高强度比、高刚度比、塑性能力强等材料特性优势，所以被广泛应用于无人机机体结构。结构重量是无人机结构中一个很重要的指标，因为它会影响无人机的整体飞行性能、续航等。现如今市面上四大最先进的四种结构材料：碳纤维复合材料、合金钢、钛合金与铝合金。但有研究表明，相对于使用铝合金作为产品结构材料，碳纤维树脂基复合材料可以使结构减重约27%左右。復合材料的整体成型技术是利用热压罐进行共固化或共胶接，直接实现多个部件间的结构一次性成型，这样的成形技术大幅度减少了零件、紧固件的数量，达到了减轻产品整体质量的目的，并且使产品的结构稳定性大幅度提高。

如图4，先进的碳纤维树脂基材料在无人机造型中被广泛应用，并且可以满足设计者的不同需求，实现复杂的线面拼接，并且它的成型技术让无人机在造型上不需要太多的分件分面，就可以使造型更整体。另外，材料本身的纹理也让无人机造型变得更加有质感。

4结语利用无人机开展海上搜救活动在风险控制性、使用成本及快速灵活的机动性等方面都有着不可比拟的优势。在未来，搜救无人机的性能不断发展成熟，造型设计上会有更高的追求。工业设计是一门交叉学科，本文只从造型设计的角度来分析无人机，希望通过本文中笔者对海洋搜救无人机造型设计影响的三大因素归纳，会对以后无人机的设计起到一定的指导作用，让更多的设计师和工程师投入到无人机的设计中来。

参考文献

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