御 Mavic Mini 航拍小飞机作为 DJI 大疆有史以来最轻小的无人机,自发布便备受关注。疆哥则采访了御 Mini 的研发团队,为大家揭秘御 Mini 的研发之路。

御 Mini 产品研发团队

 

时间回溯到 2016 年,航拍热潮刚刚兴起,但当时航拍无人机体积都有些大,并不便携。因此,不少航拍爱好者的梦想,就是有一台能放进口袋里的小型无人机。
 
以往市面中的小飞机虽然身材还算小,但并不具备良好的航拍性能。直至御 Mini 航拍小飞机的发布,帮助航拍爱好者们将一直存在于心中的“有专业能力的航拍小飞机”变成现实。

为什么以往的口袋小飞机都不靠谱?

 

为什么早期的航拍小飞机都不靠谱?其实,如果仅仅是要把航拍机的体积缩小,一点也不难;难的是如何在缩小体积的同时,又不牺牲原有的性能。

航拍机在高空飞行,遇到的风力比地面要强、风向也比地面难以预测;以往的航拍小飞机,由于体积小,轴距和桨叶都縮短了,且只能使用较弱的动力系统,这不仅会造成抗风力下降,还会影响稳定性,一阵怪风就可能把小飞机卷走。

而要给这些小飞机减重,就很难配备 GPS 或视觉定位系统等,所以这些小飞机连在空中自动悬停也不一定能做到。

此外,这些小飞机的体积小了,能容纳电池的空间也就少了,电池电力本身就有限,也难以支撑强劲高效的动力系统。因此,这些旧式的小飞机,往往只能飞上 10 分钟左右。要爽飞?不可能的。

而这些旧式的小飞机只能使用低质量的小相机,拍出来的航拍影像难以令人满意。

 

御 Mavic Mini 为何靠谱?

 

以工程师文化为主导的大疆,深知要生产一台又小、又靠谱的航拍小飞机,一点也不容易。我们多年来一直在研究用户习惯,以“靠谱”为大前提,进行仔细的斟酌和取舍,以求在不牺牲性能的同时,为小飞机瘦身减重。

通过多年来在便携式无人机上累积的经验,我们终于把“航拍小飞机”的梦想实现了。

Mavic mini

御 Mini 是大疆历史上最小、最轻的航拍无人机,同时也可能是史上第一台在轻小机身中仍能拥有一定航拍性能的小飞机。

它拥有优秀的三轴云台相机以及最远达 4 公里的图传距离,续航力更是高达 30 分钟。从各个参数上看,都远比以往那些“小飞机”要强上太多。

 

01 靠的是多年的技术积累

 

大疆研发御 Mini 靠的不是什么黑科技,而是多年来“御”系列的技术积累:我们拥有“御”系列引以为豪的立体式折叠专利设计,它经历了“御” Mavic Pro“御” Mavic Air“御” Mavic 2 这三代产品的验证,是目前空间利用率最高、也是目前最可靠的无人机工业设计,其中“御” Mavic Air 还拥有市面上体积最小的优质三轴云台相机。

但即便是这样,由于御 Mini 的机体比“御” Air 和“晓” Spark 更小、更轻,我们不仅难以搭配更大容量的电池,也无法使用更大功率的电机。

所以,我们必须最大程度地提高系统效率,确保御 Mini 的性能不会被削弱。要做到这一点,我们就要抓紧三个性能指标:“推重比”、“航电功率”和“动力系统效率”

fly mavic mini
“推重比”是小飞机能够提供的最大推力与飞机重力的比例,它与最大推力成正比,与机身重量成反比。所以,想增加飞机的抗风力,要么增加推力,要么降低飞机重量。但增加推力就难免增大御 Mini 的体积,要确保御 Mini 在维持小巧机身的同时,还能有足够的推重比,我们只能狠下心来为御 Mini 减重,从而增加抗风力,让用户安心飞行。

“动力系统效率”是用来衡量为飞机提供动力的电机和螺旋桨的综合效率指标,效率越高,飞行消耗的功耗越小,同样的电池电量就可以飞得越持久。

为此,工程师要在每一毫安时的电池、每一瓦特的功率里,尽可能多地榨出推力,才能让小飞机在容量较小的电池以及功率较低的动力系统下,仍然拥有优秀飞行性能。

“航电功率”是小飞机扣除电机功率后的电子系统功率。御 Mini 由于体积和重量所限,必须使用容量较小的电池,为了让小飞机飞得更久,我们必须把电机以外的功率压至最低水平,让飞机在天上飞的时候能耗降到最低,用户才能飞得更爽。

02 一颗米粒级别的重量管控

 

团队首先通过减重来提升推动比,但究竟要怎么做?原则就是锱铢必较,积少成多。

我们从工业设计的阶段就开始榨压,不论是每 0.05 毫米地减结构壁厚,还是在机臂上使用发泡材料(下图红框部份),密度只有常用塑胶材料密度的 10 分之 1(低至0.12g/cm³),而所有物料都进行 0.01 克级别的重量管控,同时不断进行测试,保证飞机的强度和飞行性能不受影响。

Mavic mini

0.01 克(10 毫克)大约有多重?一颗米粒重量大概是 5-10 毫克,御 Mini 的基本重量管控单位,就和一颗米粒的分量差不多。但大量生产过程中难免存在轻微公差,因此,我们必须挑战生产工艺和制程的极限。

这里有一个细节可以让大家体会一下这次的重量管控有多严格:以往我们生产无人机时,不大可能去考虑到航拍用户所采用的不同品牌、不同容量和不同速度的存储卡,会不会影响小飞机的重量。

因为一般 microSD 卡的重量仅为 0.25 克左右。但在严格的重量管控下,我们就需要反复测试不同品牌、不同容量的存储卡的重量差距,确保推荐清单里的存储卡不会超出重量指标。

the weight of mavic mini
如今你所看到的御 Mini 引以自豪的体重,全是这群“偏执狂”这样玩命地抠出来的。
 

03 大疆历史上首台无散热扇航拍机

 

当设计师疯狂为机身减重的时候,工程师也花了很长时间,最终创造了另一项历史:御 Mini 是大疆史上第一台没有散热风扇的航拍无人机,而且可能还是史上第一台没有散热风扇的正规航拍无人机。

为什么要砍掉散热风扇?一组风扇的重量约为 10 克左右,听起来好像没什么,但要知道当我们以 0.01 克为单位来减重时,减掉 10 克就等于减掉 1000 个 0.01克!

而且,没有经常高速运转的风扇,不仅能进一步降低耗电量,还能给设计师腾出更多空间,安放更大的电池。

但这看上去就像是个悖论:要想保证散热就要放风扇,但放了散热风扇以后重量就会超标。突然,工程师有了灵感,想到利用桨叶风力来散热,经过无数次模拟飞行,取得关键空气动力数据后,再重新开始设计导流槽,带走热量the cooling system of mavic mini

在飞行器悬停的工况下,让悬停时桨的下旋气流在机身正下方产生的反向气流,吹向机身底部的散热器,同时,留出进气和出气的风道,实现等效风机的对流散热效果。

而在飞行器向前飞行的工况下,则将前飞的空气灌入云台后的通道,同时配合螺旋桨形成的气流,起到辅助散热的作用。

the cooling system of mavic mini2
所以,真的不要觉得“偏执狂”是贬义词,正是御 Mini 团队这些“偏执狂”的努力,创造了历史。
 

04 效率的极致优化

 

尽管工程师已经把重量降低了,但如何才能在耗电量不变的情况下,进一步提高动力系统效率,让御 Mini 更靠谱?不要忘了,螺旋桨叶不光能为小飞机散热,还能通过空气动力设计,增加飞行效率

因此,我们需要为御 Mini 重新设计桨叶,通过流体力学技术和智能优化算法,为桨叶的三维外形进行特殊的气动优化。

气动工程师通过多轮的设计迭代,前后共设计了超过一万套不同设计的桨叶,几乎把物理层面上所有的可能性都重新验证了一遍,才精挑细选出目前这一套最能榨压电机动力的设计。

the paddle of mavic mini
这样就足够了吗?

不。

当气动工程师都在疯狂地研究“风”时,电机工程师这边也在夜以继日地研究“电”。想要让电机的耗电量与动力达至极致平衡,就需要极度细致地调校。

极度细致是多细致?研发团队重新设计了无刷电机,然后把里面的磁性线圈,一圈、一圈、又一圈地加减,再通过我们积累多年的电机算法,分析出最适合御 Mini 的最低功耗。

brushless electric machine
通过丧心病狂式的减重、节能和优化设计,御 Mini 最终在背起了三轴云台相机、能抵御最大四级强风的情况下,在高空实现 30 分钟的续航时间,同时能为用户带来优质的航拍影像。

05 不“迷信”实验室数据

 

可是,光靠工程师从实验室里计算出来的一堆数据,就能让大家安心地把这台小东西,飞上超过一百米的高空吗?当然不是。

实验室的数据,只能在实验室行得通。要让用户真正觉得这台小飞机靠谱,团队必须要先让自己完全安心。所以团队还要继续折腾,在各种极限场合折磨御 Mini,用实践验证它是否真的是一台靠谱的航拍小飞机。

举个例子,在规格表里的参数显示,御 Mini 能抵御四级风力。但在参数的背后,是测试小哥们不辞辛劳的测试。为了确保动力系统的可靠性,他们千里迢迢跑去海拔 3000 米以上的新疆高原地带,在强风飒飒但又空气稀薄的环境下,为御 Mini 测试了整整一个月,才公布了“四级风力”这种保守的抗风数据

更夸张的是测试团队为了验证御 Mini 在极端环境下的飞行稳定性,竟然在夏天穿上毛皮大衣,包场租了一个大型的冷冻库,在近似冰箱的环境里测试小飞机在严寒下是否可靠。

没错,就是这群“偏执狂”,帮助我们实现了航拍小飞机的飞行梦想。

御 Mini 的研发过程是不断自我突破与创新。我们手中的御 Mini 在天空飞行的每 1 秒都值得被珍惜,这是御 Mini 研发团队夜以继日的付出所换来的。

大疆的研发人员都是“偏执狂”,对自己偏执,对产品偏执,对能实现用户拥有“航拍小飞机”的梦想偏执。

 

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