1、固定翼(yì)(fixed wing)。平时坐的(de)波(bō)音747空客A380,还有F-16歼-15之类的都(dōu)是(shì)固定翼飞机。顾(gù)名(míng)思义(yì)就是(shì)翅膀形状固定,靠流过机翼的风提供升(shēng)力(lì)。动(dòng)力系统包括桨和(hé)助推发(fā)动机。固定翼(yì)根据机翼尺寸的不同还有很多小的分类,在此不细(xì)说。固定翼飞行(háng)器的优点是在三(sān)类飞行器里续航时(shí)间最长(zhǎng)、飞行效率最(zuì)高、载荷最(zuì)大(dà),缺点(diǎn)是起飞的时候必须要助跑,降落的时候必须(xū)要(yào)滑行。固定翼是自稳定系(xì)统,简单说就是固定翼飞上天、助(zhù)推(tuī)发(fā)动机稳定工作之后,不需要怎么控制,固定翼就能自己抵(dǐ)抗气流的干扰(rǎo)保持稳定。此外对于飞行(háng)器姿(zī)态控制来说,固定翼是(shì)完整驱动(dòng)系统,意思是它在任(rèn)何姿态下可以(yǐ)调整到任何姿态,并且保持(chí)住这(zhè)个姿态。
2、直(zhí)升机(helicopter)。特点是靠一(yī)个或者两个主(zhǔ)旋翼提供(gòng)升(shēng)力。如果只(zhī)有(yǒu)一个(gè)主(zhǔ)旋翼(yì)的(de)话,还必须要有一个(gè)小的尾翼抵消(xiāo)主旋(xuán)翼产生的自旋(xuán)力。为(wéi)了能往前后左右(yòu)飞,主旋(xuán)翼有(yǒu)极其复杂的机械结构,通过控制旋翼(yì)桨面的(de)变(biàn)化来(lái)调整(zhěng)升力的方向。动力系统包括发动机、整(zhěng)套复杂的桨调节系统、桨。直升机的(de)优点是(shì)可以垂直(zhí)起降,续(xù)航时间比(bǐ)较中庸,载(zǎi)荷也比较(jiào)中庸(yōng)。缺点是极其复杂(zá)的机械结(jié)构导致了比较(jiào)高的维护成本。直升机是不稳定系统,飞上天之后如果(guǒ)不(bú)施加控制,一阵风吹(chuī)来就翻了。不过(guò)还好的是,直升机也是完整驱动(dòng)系统,可以自由调(diào)整姿态。这是因为直升机的桨面不(bú)但可以产(chǎn)生相对机身向上的(de)推力(lì),也可以产生相对机身(shēn)向下的推力。而且直升机没有失速的问题(tí),什么时候都能调整姿态,可以在天上如散步(bù)一般自由运动。所以直升机虽然不稳定(dìng)、很难控制好,但是姿态翻了(le)的时候完全可以(yǐ)控制回(huí)到正常的姿态(tài)。
3、多旋翼(multi-rotor)。四个或者更多个旋翼的(de)直升(shēng)机(jī),也能垂直起降,但(dàn)是通(tōng)常只有直(zhí)升机叫直升(shēng)机,多旋(xuán)翼就(jiù)叫多旋(xuán)翼,而不叫多旋翼直升(shēng)机。四旋(xuán)翼特别叫做quadrotor。多旋翼(yì)机械结构非常(cháng)简单,动力(lì)系统只需(xū)要电机(jī)直接连桨就行。下图(tú)是直(zhí)升机的(de)动力系统结(jié)构(gòu),再下图是多旋翼的(de)动力系统结构。不懂机械的人也能(néng)看出多旋翼简单得多。多旋翼的优(yōu)点(diǎn)是(shì)机械简(jiǎn)单,能垂直(zhí)起(qǐ)降,缺点是续航时(shí)间最短,载(zǎi)荷也最小(xiǎo)。多(duō)旋翼是(shì)不稳(wěn)定系(xì)统,也不(bú)是完整驱动系统(或者叫欠驱动系统)。它的桨只能(néng)产生相对机身(shēn)向上的(de)升力。所以它不(bú)稳定、很难(nán)控制好,飞行器翻(fān)过来(lái)之后(hòu)基(jī)本没办法控(kòng)制(zhì)回来(lái),就坠机了(le)。
上述飞行(háng)器作为系统有稳定不稳定、驱动完整不(bú)完整的区(qū)别,所以(yǐ)固定翼和直(zhí)升(shēng)机让人控制难度相对不高;多旋翼让人(rén)来控制难度相对高,最好有自(zì)动控制器来控制飞(fēi)行器的姿态。对于自动控制器,固(gù)定翼的(de)自动(dòng)控制器比较好做,直升机和多(duō)旋翼的自动控制(zhì)器(qì)比较难做。让事情更加难办的(de)是,飞行器自动控制(zhì)器通常(cháng)需要惯性导航系统获取自身的姿态,而在20世纪90年代之(zhī)前(qián),惯性(xìng)导(dǎo)航系统(tǒng)一般是十几公(gōng)斤(jīn)的大铁疙瘩。为了把这么重的东(dōng)西放到一个(gè)多旋翼飞行器上(shàng),飞行器的载荷必须很大,可是人们(men)发现(xiàn),不管是(shì)用油(yóu)机还是电机做多旋翼飞行(háng)器(qì)的动(dòng)力(lì)系统,都很难得到足够的载荷。同时,因为固(gù)定翼和直升机已经很够实(shí)际(jì)使(shǐ)用了,所以没(méi)有人愿意多花功夫(fū)去研究多旋(xuán)翼飞(fēi)行器这个棘手的问(wèn)题。很长一段时间里,只有美国一些研发性的项目做出(chū)了多旋(xuán)翼飞行器的样机。

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