2、水陆空机器人：挑战、应用与未来机遇

水陆空机器人：挑战、应用与未来机遇

1 水陆空任务的挑战

1.1 各阶段挑战概述

水陆空机器人在执行任务的各个阶段都面临着不同的关键挑战，具体如下：
| 阶段 | 挑战描述 |
| — | — |
| 干燥飞行 | 动力飞行能耗高，需最小化能耗；小尺度下气动效率降低，气流扰动对稳定性影响大；设计需兼顾飞行和游泳要求，增加飞行重量 |
| 入水与着陆 | 入水策略影响挑战程度，直接俯冲需减小冲击负载，软着陆则需额外水下推进系统；浅角度入水可能导致反弹或翻转 |
| 水下移动 | 需克服浮力和阻力，阻力比空中大得多；需平衡浮力和飞行重量；水压增加对结构和防水要求高；水下通信困难，需一定自主性；电子元件有进水风险 |
| 水面移动 | 需足够浮力、表面张力或水下机翼支撑；移动需推进方法，能量可来自机载或环境 |
| 出水 | 固定翼机器人起飞需加速，但水动力阻力限制速度；水面波浪和喷雾增加阻力；垂直起降技术在水面应用有挑战 |
| 湿飞 | 需甩掉游泳时附着的水，表面积与体积比影响脱水难度；飞行轨迹规划重要，但水面波浪和喷雾限制飞行高度 |

1.2 各阶段挑战详细分析

1.2.1 干燥飞行

动力飞行通常能耗较高，此阶段的关键挑战是最小化能耗。这主要通过最大化飞行器的气动效率来实现，但在小尺度下，这变得更加困难。微型飞行器通常在雷诺数范围为10⁴ - 10⁵的条件下运行，在这些低飞行雷诺数下，由于粘性效应增加，飞行的气动效率会降低。此外，小尺度下，空气扰动对飞行器的影响更为显著，给稳定性和鲁棒性带来挑战。而且，飞行的设计约束必须与游泳的需求同时满足，这些额外