所谓的微型无人机,是指翼展和长度不超过15厘米的无人机,这意味着它们的大小大致相当于燕子或昆虫。微型无人机的设计和制造与传统飞机有很大不同,它们是利用微机电系统(MEMS)技术实现的。制造这么小的无人机需要克服许多技术和工程难题。
其中最大的挑战在于动力系统。在微型无人机的研发过程中,近期面临的最大问题是发动机及其相关空气动力学问题。发动机必须在非常有限的空间内产生足够的能量,并将其转化为推力,同时不能增加太多重量。
由于尺寸较小且速度较低,微型无人机的工作环境更类似于鸟类和大型昆虫所处的环境。然而,人们对这一环境中的空气动力学了解有限,很多问题难以用传统的空气动力学理论来解释。此外,由于微型无人机主要处于层流状态,会产生较大的力和力矩,这可能需要采用三维方法来分析其空气动力学特性。微型无人机的机翼载荷很低,几乎没有惯性,容易受到诸如城市高楼间的阵风以及风雨等不稳定气流的影响。
控制微型无人机的飞行也是一个难点。为了保持微型无人机的稳定,需要一个飞行控制系统,使其具备一定的自然稳定性。这样,在面对湍流或突然的阵风时,微型无人机能够保持航向,并执行操作员的指令。如果微型无人机需要对目标进行成像,还需要保持瞄准线的稳定。
为了实现微型无人机的自主飞行,需要使用重量轻、功耗低的GPS接收机,低漂移量的微型陀螺仪和加速度计,还可以借助地理信息系统进行地形导航。虽然GPS能显著提升微型无人机的能力,但它在功耗、天线尺寸、重量和处理能力等方面仍存在问题,需要进一步解决。此外,整个系统还必须不受电磁波和无线电频率的干扰,因此对通信电子元件的要求非常高。