【摘 要】从1917年斯佩里空中鱼雷（SperryAerialTorpedo）搭载300磅的炸弹完成首飞算起，无人机的发展已有百年的时间。而工业设计源自1919年德国魏玛包豪斯学校的创立，距今也有近百年的历史。在此期间，工业设计对无人机的发展产生了重要的影响，本文将通过工业设计的视角从产品的结构、功能、形态、用途等方面分析无人机的发展。
【关键词】无人机；工业设计；发展
1 无人机的起源
无人机诞生于第一次世界大战期间，在战争年代，每一项新技术的发展都是为了改变战争的形态。各国飞行员在使用飞机执行侦察、打击、轰炸等任务时，面对着来自敌人空中火力，地面炮火的威胁，甚至自身飞机的机械故障都有可能让飞行员有去无回，湛蓝的天空成了众多飞行员的墓地。随着战争的进行，美国后来居上，在3年后的1917年，皮特·库柏和埃尔默·A·斯佩里发明了第一台自动陀螺稳定器，这项发明使得飞机在向前飞行的途中能够保持平衡，他们利用这项技术成果将寇蒂斯N-9型教练机成功改造为斯佩里空中鱼雷，并利用这款飞行器搭载炸弹飞行了50英里，这标志着无人飞行器的真正诞生，斯佩里空中鱼雷也因此成为早期无人机的典型设计作品。
2 无人机功能及用途的发展
在功能创新设计中，创新可大可小，功能上的改进不一定能产生一个新的市场。有的功能创新只是对产品功能有微小的改变，但经过多次改进后就会有较大的突破，这是从量变到质变过程中的第一步。无人机的发展也不例外，在斯佩里空中鱼雷诞生后几十年的时间里，无人机的发展仅限于军事领域，但是在智能化和多功能化的方向上進行了许多尝试。1935年前的无人机机身与炸弹合为一体，执行完任务后不能再飞回起点循环使用，造成使用成本偏高。而“蜂王号”的发明，使无人机完成任务后能够回到起点装弹后再次发动攻击，降低了无人机的使用成本。后一个具有典型代表性的作品是美国的先锋系列无人机，它于1986年成功首飞，能够通过摄像头提供战场的实时画面，为作战部署提供重要依据。这款无人飞行器的费效比高，满足了美军以低代价获取目标的要求。先锋号通过火箭助推起飞，为满足海军的需求，机体可以漂浮在海面上，从而通过海面降落的方式进行回收，使得无人机在军事上的用途更加广泛。
本世纪初无人机技术得到了广泛的传播，新一代的设计师和工程师从军用无人机中汲取到了许多灵感，开发出了更适合普通民众使用的无人机型号。新兴科技的发展也让民用无人机的性能更加优秀。1995年，全球卫星定位系统的到来使得飞行器可以用很小的天线接收卫星发出的讯号。除此以外，微机、数电、无刷电动机、传感器等技术的革新，都推动了无人机功能的发展。起初，日本雅马哈公司研发的无人机占据了领先地位。当地农民用无人机在稻田里喷洒农药。日本农业部认为，使用无人机可以暂时缓解农村缺少劳动力的压力。但无人机的用途绝不仅限于此，近十年以来，随着多轴无人机的高速发展，以及无人机创新企业的崛起，从小型无人机的应用领域上来看，功能向航拍、搜救甚至物流等领域发展，市场空间大大拓展。特别是应用在航拍领域，航拍功能对无人机的稳定性、续航能力和载重能力提出了更高的要求。我国知名无人机企业大疆创新研发的专业航拍无人机已经具有了避障精准悬停、返航智能躲避障碍物、降落地形检测、上升保护、智能返航等新功能，成为影视拍摄的主力军。近年来无人机功能和用途不断增加，技术要求不断提高，市场潜力也随之增加，未来无人机将在农业植保、电力石油管线巡检、环境监测、应急指挥、灾害防治、资源勘探和采集、交通巡逻、边境巡视、生态环境保护、航空测绘、市政管理等方面发挥重大的作用。
3 无人机造型的发展
在无人机发展的初期，设计师并没有为无人机设计专门的造型，多数初期研发的无人机都是直接在炸弹的基础上安装了部分飞行装置，在发展的过程中逐步融入了普通飞机的造型特点。后来得益于计算机辅助设计技术在飞行器设计制造中的应用，实现了从概念到实体模型的一系列功能。它是一种现代的设计制造技术，对于外观造型与机动能力、隐身性能联系紧密的飞行器，采用计算机辅助设计技术能够更方便的进行设计和生产。在航空工业中。计算机辅助进行总体设计参数优化有着众多的好处，特别是能对众多可行方案进行快速比较，寻找最佳方案。从而发掘方案潜力，设计质量得到提高，设计周期大幅缩短，设计成本有效降低。随着空气动力学的发展，出现了越来越多的特殊布局，就比如说我们熟悉的飞翼布局。它的造型就受益于计算机辅助设计，飞翼机型去除了传统的圆管状机身，其外形按照空气动力学的研究成果进行优化，整个机体都变成了一个大的升力面，并且将去垂直尾翼等外形突起部件去除，使得飞行过程中的阻力减小，大大提高了升阻比。在固定翼无人机的造型悄然改变的同时，也有不少外观新颖的无人机随着时间的推移进入我们的视野。比如说多轴飞行器的出现和仿生形态设计在无人机设计中的运用。特别是仿生无人机的产生，仿生无人机是设计人员从鸟类、蝴蝶、蜜蜂等动物昆虫形态中汲取灵感研发出来的飞行器，以扑翼飞行器为例，普通的旋翼无人机很难在城市里稳定飞行，因为城市里充满了大楼，大楼间的空气流动会产生很大的乱流。但研发人员发现鸽子能够任意在城市中飞行，还能飞到无人机飞不到的地方。所以他们仿照鸽子的形态研制了一款无人机，它能够自动起飞，翱翔和降落。它有着极佳的空气动力学形态，翅膀能模仿鸟类进行上下扑打，还能扭转一定的角度。
4 无人机结构的发展
早期的无人机受限于制造技术和设计水平，机体结构较为简单，大多是由机体机翼构成的固定翼飞行器。很长一段时间后，随着微机电系统研究的成熟和单片机速度的提升，多旋翼飞行器被制作出来。多轴飞行器是类似于直升飞机的一种新型飞行器。最初是由航空模型爱好者制作，后来很多厂商发现它用途广泛而积极研制生产。它利用多个旋翼作为动力来进行飞行，这些旋翼叶片大转速低，能够为飞行器提供较大的升力，可以装配微型摄像机实时传输画面进行FPV（第一视角）飞行。多轴飞行器中最具代表的是四轴飞行器，其构造特点是在它机身的四个方向上各装有一个旋翼，由电机和电调控制叶片转动，可以正转，也可以反转。为了保持飞行器的稳定飞行，在四轴飞行器上装有飞行控制器，里面装有多个方向的陀螺仪和加速度传感器组成的惯性导航模块，并通过电子调控器来保证其快速飞行。在四轴飞行器的基础上，设计人员又研发出了六轴和八轴飞行器，这些飞行器原理相同，但结构的改进增强了飞行器的安全性和载重能力，使得飞行器在旋翼破损的情况下仍有安全降落的可能。除了固定翼和多旋翼两种常见的结构外，上文中提到的仿生无人机也是一种重要的结构创新，这类无人机的结构新颖，为今后无人机结构的改进打开了新的窗户。
5 结语
本文从产品的功能和用途、形态、结构这三个工业设计创新的主要方面对无人机的发展进行了分析，我们通过对无人机发展史的学习，了解未来的发展趋势。无人机发展过程中功能和用途的创新依然是决定因素，而当前形势下外观形态的创新也变得更加多样化，不再是形式追随功能。产品结构的创新设计更加合理化，集中体现或附加在产品的功能，这些功能可以是产品原本所具有的功能，也可以是通过结构技术设计带来的新功能。这一系列无人机产品设计与开发中的创新正在引起一场新的浪潮。
【参考文献】
[1]刘哲.小型无人机在警用领域的应用与造型设计研究[D].东华大学，2012.