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无人(rén)机为(wéi)什么爱多旋翼?

 

以目前常见的(de)电动(dòng)的固定翼(yì)、直升机和多(duō)旋翼为例(lì)比较:

1、在操控性方面(miàn),多旋翼操控(kòng)是最简单(dān)的。

它不需要跑道便可以垂(chuí)直(zhí)起降,起(qǐ)飞后可在空中悬(xuán)停。它(tā)的操控原理简单,操控(kòng)器四个遥感操作对应飞(fēi)行器的前后、左(zuǒ)右、上(shàng)下和偏航方向的运动。在自动驾驶仪方 面,多旋翼自驾仪控制方法简单,控制器(qì)参(cān)数(shù)调节(jiē)也很(hěn)简(jiǎn)单。相对(duì)而言,学(xué)习固定翼和直升机的飞行不是简单的事情。固定翼飞行场地要求开阔,而直升机(jī)飞行过程(chéng) 中会产生通道间耦合,自(zì)驾(jià)仪(yí)控(kòng)制器设(shè)计困难,控制器调节也很困难。

2、在可靠性方面,多旋翼也是表现最出色的。

若仅(jǐn)考(kǎo)虑机械的可靠性,多旋翼没有活动部(bù)件,它的可靠性基本上取(qǔ)决于无(wú)刷电机(jī)的可靠性,因此可靠性较高。相(xiàng)比较而言,固定翼和(hé)直升机有(yǒu)活动(dòng)的机械连接部件,飞行(háng)过程中会产生磨损,导致可靠性下降。而且多(duō)旋翼能够悬停,飞(fēi)行范围受控,相(xiàng)对固定翼更安全。

3、在勤务(wù)性方面,多旋翼(yì)的勤务性是(shì)最高的(de)。

因其结(jié)构简单,若电(diàn)机、电子调速器、电池、桨和机(jī)架损坏,很(hěn)容易替换(huàn)。而固定翼(yì)和直升(shēng)机零件比较多,安(ān)装也需要(yào)技巧(qiǎo),相对(duì)比较麻(má)烦。

1)桨叶尺寸越(yuè)大,越难迅速改变其(qí)速度。

正是因为如此(cǐ),直升(shēng)机主(zhǔ)要是靠(kào)改变桨距而不是速度来改变升力。

2)在大载(zǎi)重下,桨(jiǎng)的(de)刚性需要进一步(bù)提(tí)高。

螺旋桨的上下振动(dòng)会导致刚性大的桨很容易折断,这与我们平时来回折铁丝便可将铁丝折断同理(lǐ)。因此,桨叶的柔性是很重要(yào)的,它可以减少桨叶来回旋转对桨叶根部 的影(yǐng)响。正因为如此,为了减少桨叶的疲劳,直升机采用了一个容许桨叶(yè)在旋转过程中上(shàng)下运动的铰链。如果要提供(gòng)大载重(chóng),多旋翼也需要增加活动部件或加(jiā)入涵道 和整(zhěng)流片。这相当于一个多旋翼(yì)含有多个直升机结构。这(zhè)样多旋翼的可靠性和维护性就会急(jí)剧下(xià)降,优势也就不那么明显了。当然(rán),另一(yī)种增加多(duō)旋(xuán)翼(yì)载重能力的可(kě) 行(háng)方案便是增加桨叶数量,增至(zhì)18个或32个桨。但该方(fāng)式会(huì)极大地(dì)降低可靠性、维护性(xìng)和续航性。种种原因使人们最终选择了小(xiǎo)型(xíng)多旋翼。

在续航性(xìng)能方(fāng)面,多旋翼(yì)的(de)表(biǎo)现也(yě)明显(xiǎn)弱于(yú)固定翼,其能量转换效率(lǜ)低下,目前(qián)解决多旋翼(yì)的续航(háng)问题,主要有四种方式:

①新(xīn)型电(diàn)池:比如最近风头正热的氢燃料电池,国内外(wài)已经(jīng)有(yǒu)公司进(jìn)行投入使用,2015年(nián),来自加拿大蒙特利尔的EnergyOr技(jì)术有限公司采(cǎi)用(yòng)燃(rán)料电池的四旋翼进行了2小(xiǎo)时12分(fèn)钟续航飞行。此外,石墨(mò)烯、铝空(kōng)气、纳(nà)米点这三项电(diàn)池技术将成为未来电池世界的(de)三大奇兵。这(zhè)些新兴材料如果能运用到多旋翼上可以对续(xù)航能力(lì)有一个(gè)大大的(de)提升。

②混合动力:这个大(dà)家(jiā)了解较多,在此不赘述。

③地面供电:通过电缆将电能源源不断输送给(gěi)多旋(xuán)翼(yì),专业术语称系留无人机。

④无线充电:来自德国(guó)柏林的初创公司 SkySense在(zài)无人机户外充电方(fāng)面提供了一种解决方(fāng)案(àn),他们(men)研发出一块可以(yǐ)为(wéi)无(wú)人机进行无线充(chōng)电的(de)平板(bǎn)。如果(guǒ)能(néng)够(gòu)缩短充电时间,那么无线充电(diàn)技术将会极大地(dì)帮助多旋翼进行长途飞(fēi)行。

④自动机场:可(kě)以自动换电(diàn)池,替(tì)代飞手精密操控。

对(duì)于这三(sān)种机(jī)型,操控性与飞机(jī)结构和飞行(háng)原理相关,是很难改变的。在可靠性(xìng)和勤务性方面(miàn),多旋翼(yì)始终具备优势。随着电池能量密度的不断提升、材料的轻型化和机载设(shè)备(bèi)的不断(duàn)小型(xíng)化,多旋翼的优势将(jiāng)进一步凸显。因此,在(zài)大(dà)众市(shì)场(chǎng),“刚性”体验最终让人们(men)选择了多旋翼。

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