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无人(rén)机为(wéi)什么爱多旋翼?

 

以目前常见的电动的固定翼、直升机和(hé)多旋翼为(wéi)例比较:

1、在操(cāo)控性方面,多旋翼(yì)操控(kòng)是(shì)最简(jiǎn)单(dān)的。

它(tā)不需(xū)要跑道便可(kě)以垂直起降,起飞后可在空中悬停。它的操控(kòng)原理简单,操控器四个遥感操(cāo)作对应飞行器的前后、左右、上下(xià)和(hé)偏航方向的运动。在自动(dòng)驾驶仪方 面,多旋翼自驾仪控(kòng)制方法简单,控制器(qì)参数调节(jiē)也很(hěn)简单。相对(duì)而言,学(xué)习固(gù)定翼和(hé)直升机(jī)的飞行不是简单的事情。固定翼飞行场地要求(qiú)开阔,而直升(shēng)机飞行过程 中会产生通(tōng)道间耦合(hé),自(zì)驾仪控制器设计(jì)困难,控制器(qì)调节也很困难。

2、在可靠性方面,多(duō)旋翼也是表现(xiàn)最(zuì)出色的。

若仅考虑(lǜ)机械的可靠性,多(duō)旋(xuán)翼没有活动部件,它(tā)的可(kě)靠(kào)性(xìng)基(jī)本上(shàng)取(qǔ)决于无刷电机的可靠性,因此可(kě)靠性(xìng)较高。相比较(jiào)而言,固定(dìng)翼和直升机有活动的机械(xiè)连接部件,飞行过程中会(huì)产生磨损,导致可靠性下降。而且多(duō)旋翼能够悬停,飞行范围受控(kòng),相对固定(dìng)翼(yì)更安(ān)全。

3、在勤务性方面,多旋翼的勤务性是最(zuì)高的。

因其结构简单,若电机、电子调速器、电(diàn)池、桨和机架损坏,很容(róng)易替换。而固定翼和直升机零件比较多,安装也需要技巧,相(xiàng)对比较麻烦。

1)桨叶(yè)尺寸越大,越难迅(xùn)速改变其速度。

正是因为(wéi)如此,直升机主要是靠(kào)改变桨(jiǎng)距(jù)而不是速度来改(gǎi)变升力。

2)在大载重下,桨的刚性需要(yào)进一步提(tí)高。

螺旋(xuán)桨的上下振动会导(dǎo)致刚(gāng)性大的桨(jiǎng)很容易折(shé)断,这与我们平时来回折铁(tiě)丝便(biàn)可将铁丝折(shé)断同理。因此,桨叶的柔性是很重要的,它可以减少桨叶(yè)来回旋转对桨叶根部 的影响。正因为(wéi)如(rú)此,为了减少桨叶的疲劳,直升机(jī)采用了一个容许桨叶在旋转过(guò)程中上下(xià)运动的铰链。如(rú)果要提供大载重,多旋翼也(yě)需要增加活动部件或(huò)加(jiā)入(rù)涵道(dào) 和整流(liú)片。这相当于一个多旋翼含有(yǒu)多个直升机结构。这样多(duō)旋翼的可靠(kào)性和维护性就会急剧(jù)下降,优势也就不那么明显了。当然,另(lìng)一种增加多旋翼(yì)载重(chóng)能(néng)力的可 行方案便(biàn)是(shì)增加桨(jiǎng)叶(yè)数量(liàng),增至18个或32个桨。但该方式(shì)会极大地降低可靠性(xìng)、维护性和续航性。种种原因使人(rén)们最终选择了小型多旋翼。

在续航性能(néng)方面,多旋(xuán)翼(yì)的表现也明显弱于固定翼,其能量(liàng)转换效率低下,目前解决多旋翼的续航问题,主(zhǔ)要有四种方式:

①新(xīn)型电池:比如(rú)最近风(fēng)头正热的氢燃(rán)料电池,国内外已经有公司进行投入使(shǐ)用(yòng),2015年(nián),来自加拿大蒙特利(lì)尔(ěr)的EnergyOr技术有限公司采用燃(rán)料电池的(de)四旋翼进行了2小时(shí)12分钟续航(háng)飞行(háng)。此(cǐ)外,石墨烯、铝空气、纳米点(diǎn)这三项电池(chí)技术将(jiāng)成为未来电池世界的三大(dà)奇兵(bīng)。这些(xiē)新兴材料如果(guǒ)能运用到多旋(xuán)翼上可以对续(xù)航(háng)能力有一个(gè)大大的提升。

②混合动力(lì):这个大家(jiā)了解较多,在此不赘述。

③地面供电:通过(guò)电(diàn)缆将电能源(yuán)源不断输(shū)送给(gěi)多旋翼,专(zhuān)业术语称系留(liú)无人机(jī)。

④无线充电:来自德国柏林的初创公司 SkySense在无人机户外充(chōng)电方面提供了(le)一种解(jiě)决方案,他们(men)研发出一块可以为无人机进行(háng)无线充电的平板。如(rú)果能够缩短充(chōng)电时间,那么无线充电(diàn)技术将会极大地帮(bāng)助多旋翼进行长途飞行(háng)。

④自动机场(chǎng):可以(yǐ)自动换(huàn)电池,替代飞手精密(mì)操控。

对于这三种(zhǒng)机型,操控性与飞机结(jié)构和飞行原理相关,是很难改变(biàn)的。在可靠性和勤务性方面,多旋翼始终具备优势。随着电池能(néng)量密度的不断(duàn)提(tí)升、材(cái)料(liào)的轻型化(huà)和机载设备的不(bú)断小(xiǎo)型化(huà),多旋(xuán)翼的优势将进一步凸显。因此,在大(dà)众市场,“刚性(xìng)”体(tǐ)验最终让人们选择了多(duō)旋翼。

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