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设备与工具无人机的研究和产品我们都已经有很多了解了，旋翼的、固定翼的等等，今天我们来分享一个基于涵道风扇的无人机的研究。
这个研究着眼于使用电动的涵道风扇作为无人机的推进和控制系统，致力于解决那些大小受限但需要很大的静态升力的现实用途，比如飞行器的垂直起飞降落，气垫船甚至是带驱动的翼装飞行等。这个项目叫做Flying Platform，来自ETH(苏黎世理工学院)的IDSC(动态系统和控制研究所)。
飞机硬件信息
他们用了三个电动涵道风扇(型号: DS-51-DIA-HST)，放置成一个类似30厘米边长的等边三角形的结构，材料选取碳纤维，并在每一个风扇下方设计了排气尾嘴以增加空气流速。最下方有两个电机，驱动襟翼。加上铝合金底座，它的总重量达到了7.6千克。它的供电采用了6个2芯电池，飞机在120A的电流下消耗功率达到了5.3kW。由于每个风扇可提供的最大升力为4.2千克，因此它的载重约为3千克。
控制上它用了PX4板子，开始用的是benchmarking control strategy，现阶段正在测试Model predictive control algorithm (模型预测控制算法)。
涵道风扇vs螺旋桨
涵道风扇与普通孤立的螺旋桨相比，能产生更大的升力，且结构紧凑安全性高。
这里我们引用百科中的一段话
“自由螺旋桨的原理同飞机机翼类似。螺旋桨的运动分解为水平运动和旋转运动。螺旋桨运动时主要存在的阻力有空气摩擦阻力、压差阻力、诱导阻力和干扰阻力等。桨叶因高速圆周运动使叶尖处速度最高，诱导阻力比较大，对外界气流产生冲击造成噪声大，这是自由螺旋桨动力效率低的主要原因。自由螺旋桨由于是悬臂梁结构杆件，在气动作用下叶尖处容易变形导致效率进一步恶化，这是限制螺旋桨高速运动的瓶颈之一，也是螺旋桨飞机及直升机速度限制之关键。
涵道风扇螺旋桨的优点：由于叶尖处受涵道限制，冲击噪声减小。诱导阻力减少，而效率较高。在同样功率消耗下,
涵道风扇较同样直径的孤立螺旋桨, 会产生更大的推力。同时由于涵道的环括作用, 其结构紧凑、气动噪声低、使用安全性好,因此作为一种推力或升力装置,
被应用于飞行器设计当中。
涵道风扇螺旋桨的缺点：良好的效率要求叶尖和管道间的间隙要非常小，风道三维形状设计复杂，需要高转速和最小的振动。”
追溯基于涵道风扇的无人机的历史，最著名的就是美国的Cypher系列，起始于上世纪80年代，其中第二代为美国海军陆战队制造，可达到185千米的范围和最快230千米每小时的速度。
Cypher 二代
此外还有美国的iStar，新加坡的Fantale等。我们可以看到，由于其速度、作业范围和安全性等优势，军方对基于涵道风扇的无人机非常感兴趣。
iStar
Fantale
还有前段时间在众筹，刚刚在CES上展示了原型机的Fleye。
Fleye
模型预测控制算法
之前提到了它们正在尝试的是Model predictive control algorithm。它适用于模型本身参数在变化的场景。控制器在每个控制周期里，首先读取传感器信息更新模型，依据更新的模型预测未来很长一段时间的系统行为，设计出适用于这段时间的控制律。由于系统在变化，这个控制律只被使用很短的时间，然后进入下一个控制周期，重新反馈，更新，预测控制。
这种方法优点是能够对复杂时变模型产生好效果，缺点是计算量大(每个控制周期要算出很长一段时间的结果，并抛弃靠后的一部分)，过去是被用在化工控制里的，因为化工里的被控对象变化缓慢，计算时间充裕。
目前随着硬件成本的下降，近年来被广泛应用于各种机器人控制。
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