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无(wú)人机(jī)为什么爱多旋翼?

 

以目前(qián)常见的电动的固定翼、直升机和多旋翼为例比较:

1、在操控性方面,多旋翼操控是(shì)最简单的。

它不需要跑道便可以(yǐ)垂(chuí)直起降,起飞后可在空(kōng)中悬停(tíng)。它的操控原理(lǐ)简(jiǎn)单,操控器四个遥感操(cāo)作对(duì)应飞(fēi)行器(qì)的前后、左右、上下和偏航(háng)方向的运动。在自动驾驶仪方 面,多旋翼自驾仪控制(zhì)方法简(jiǎn)单,控(kòng)制器(qì)参数调节也(yě)很简(jiǎn)单。相对而言(yán),学习固定翼(yì)和直升机的飞行(háng)不是简单的事情(qíng)。固定翼飞行场地要求(qiú)开阔,而直升机飞行过程 中会产(chǎn)生通道间耦(ǒu)合,自驾仪控(kòng)制器设(shè)计困难,控制(zhì)器调节也很困难。

2、在可靠性方(fāng)面(miàn),多旋翼也是表现最出色的。

若仅考虑机械(xiè)的可靠性,多旋翼没有活动部件,它的可靠性(xìng)基本上取决于无刷电机的可靠性,因此(cǐ)可靠性较高。相比较而言,固定翼(yì)和直升机有(yǒu)活动的机械连接部件(jiàn),飞行过程中会(huì)产生磨损,导致(zhì)可(kě)靠(kào)性下降。而且多旋(xuán)翼能够悬停,飞行范围(wéi)受控,相对固定翼更安(ān)全(quán)。

3、在勤务性方(fāng)面,多旋(xuán)翼的(de)勤务性是最(zuì)高的。

因其结构简单(dān),若电机、电子调速器、电池、桨和机架损(sǔn)坏,很(hěn)容易替换。而固定翼和直升机零件(jiàn)比较多,安装也需要技巧,相对比较麻(má)烦。

1)桨(jiǎng)叶尺寸越大,越难迅速改(gǎi)变其速度。

正是因为如此,直升机(jī)主要(yào)是(shì)靠(kào)改变桨距而不是速度来改变升力。

2)在(zài)大载重下,桨的刚(gāng)性需要(yào)进一步提高。

螺旋(xuán)桨(jiǎng)的上下振动(dòng)会导致刚性大(dà)的(de)桨很容易(yì)折断,这与我们平(píng)时来回折铁(tiě)丝便可将铁丝折断同理。因此,桨叶(yè)的柔性是很(hěn)重要的,它可(kě)以减少桨叶来回(huí)旋(xuán)转对(duì)桨(jiǎng)叶根部 的影响。正因为如此,为(wéi)了减少(shǎo)桨叶的(de)疲劳(láo),直升机采用了一个(gè)容(róng)许桨叶在旋转过程中上下运动的铰链(liàn)。如果(guǒ)要(yào)提供(gòng)大载(zǎi)重(chóng),多旋翼也需要增加活动部(bù)件或加入涵道(dào) 和整流片。这相(xiàng)当于一个多旋翼(yì)含有多个直升机结构。这样多旋翼(yì)的(de)可靠性和(hé)维护性就(jiù)会急剧下(xià)降(jiàng),优势(shì)也(yě)就不那么明显了。当然,另一(yī)种(zhǒng)增加多(duō)旋翼载重(chóng)能力的(de)可(kě) 行(háng)方案便是增加桨叶数量,增至18个或32个(gè)桨。但该方式会(huì)极大地降低可靠性(xìng)、维护性和续航(háng)性。种种原因使人们最终选择了小型多旋翼。

在续航性能(néng)方面,多旋翼的表现也明(míng)显弱(ruò)于固(gù)定(dìng)翼,其能量(liàng)转换效率低下,目前(qián)解决多旋翼的续航(háng)问题,主要有四种方式(shì):

①新型电池:比如最(zuì)近风头(tóu)正热的氢燃(rán)料电池,国内外已经有公司进行投(tóu)入使用,2015年,来自加拿大蒙(méng)特利尔的EnergyOr技术有限公司采用燃料电池的四旋翼进行(háng)了(le)2小时(shí)12分钟续航飞(fēi)行。此外,石墨烯、铝空气(qì)、纳米(mǐ)点这(zhè)三项电池技术将(jiāng)成(chéng)为未来电池世界的(de)三大奇兵。这些新兴(xìng)材料如果(guǒ)能运用到多旋翼上(shàng)可(kě)以对续航能力有(yǒu)一个大大的提升。

②混合动力:这个大家了解较多(duō),在此(cǐ)不赘述。

③地面供(gòng)电:通(tōng)过电缆将电能源源不断输送给多(duō)旋翼(yì),专(zhuān)业术语称系留无人(rén)机。

④无线充电:来自德国(guó)柏林的初创公司 SkySense在(zài)无人机户外充(chōng)电方面提供了一种解决方案,他们研发出一块可以为无(wú)人(rén)机进行无线充电(diàn)的平板(bǎn)。如果能够缩短充电时间,那么无线充电技术将会极大地帮助多(duō)旋翼进行长途飞行(háng)。

④自动机场:可以(yǐ)自动换电池,替代(dài)飞手精密操控。

对于(yú)这三(sān)种机型,操控性与飞(fēi)机结构和飞行原理相关,是很(hěn)难改(gǎi)变的。在(zài)可(kě)靠性和勤务性方面(miàn),多旋翼始终具备优势。随着电池能(néng)量密度的不断提升、材料的(de)轻型化和机载设备的不(bú)断小型化,多(duō)旋翼的优势将进一(yī)步凸显(xiǎn)。因此,在大(dà)众(zhòng)市场,“刚性”体验最终让人们(men)选择了多旋(xuán)翼(yì)。

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