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无人机(jī)为什么爱(ài)多(duō)旋翼?

 

以(yǐ)目前(qián)常(cháng)见的电动的(de)固定翼、直升(shēng)机和多旋翼为例(lì)比较:

1、在操控性方(fāng)面,多旋翼(yì)操控是(shì)最简(jiǎn)单(dān)的。

它不需要跑道便可以垂直起降,起飞后可在(zài)空(kōng)中(zhōng)悬停。它的操控原理简单,操控(kòng)器四个遥(yáo)感(gǎn)操作对应飞行(háng)器的前后、左右、上(shàng)下和偏航方向的运动。在自动驾驶仪方 面,多旋(xuán)翼自驾仪(yí)控制(zhì)方(fāng)法简单,控制(zhì)器(qì)参数(shù)调节也很简单。相对而言(yán),学习固定翼和(hé)直(zhí)升(shēng)机(jī)的(de)飞行不是简单的事情。固定翼飞行场地要求开阔,而直升机飞行过程 中会(huì)产生通道间耦合,自驾仪控制器设计困(kùn)难,控制器调节也很困(kùn)难。

2、在可靠性方面,多(duō)旋(xuán)翼也是表(biǎo)现(xiàn)最(zuì)出色的。

若仅考虑机械的(de)可靠性,多旋翼没有(yǒu)活动部(bù)件,它(tā)的(de)可(kě)靠性基本上取(qǔ)决于无(wú)刷电机的可靠性,因此(cǐ)可(kě)靠性较高。相比较而言,固定翼(yì)和直升机有活动的机械(xiè)连(lián)接(jiē)部件,飞行过程中(zhōng)会产生磨损,导致可靠性下降(jiàng)。而(ér)且多旋翼能够悬(xuán)停,飞行范围受控,相对固定(dìng)翼(yì)更安全。

3、在勤务(wù)性方面,多旋(xuán)翼的勤(qín)务性是最(zuì)高的。

因其结构简单,若电机(jī)、电子调速器、电池、桨(jiǎng)和机架损坏,很容(róng)易替(tì)换。而固(gù)定翼和直升机零件比较多,安(ān)装也(yě)需(xū)要技巧,相对比较麻烦。

1)桨叶(yè)尺寸越(yuè)大,越难迅(xùn)速改变其速度。

正是因为(wéi)如此(cǐ),直(zhí)升(shēng)机主要是靠改变桨距而不(bú)是速度来改(gǎi)变升力。

2)在(zài)大载重下,桨的刚性需(xū)要进(jìn)一(yī)步提高。

螺旋桨的(de)上下振动会导致刚性大的桨很容(róng)易(yì)折断,这与(yǔ)我(wǒ)们平时来回折铁丝便可将铁(tiě)丝折断(duàn)同理。因此,桨叶的柔性是很重要的,它可以减少桨叶来回旋转(zhuǎn)对桨叶根部 的影响。正因为如此(cǐ),为了减少桨叶(yè)的疲劳(láo),直升机采用了一个(gè)容许(xǔ)桨叶在旋转(zhuǎn)过程中(zhōng)上下运动的铰链。如果要提供大载重,多旋翼也需要增(zēng)加活动部件或加入涵道 和整流片。这(zhè)相当于一个多旋翼含(hán)有多个(gè)直(zhí)升(shēng)机结(jié)构。这样(yàng)多旋翼的可靠性和维护性就(jiù)会急(jí)剧(jù)下降(jiàng),优势也就不(bú)那么明显了。当(dāng)然,另一种增加多旋翼载重能力的可 行方案便是增加桨叶(yè)数量,增至18个(gè)或(huò)32个(gè)桨。但该方式会极大地降低可靠性(xìng)、维护性和续航(háng)性。种种原因使人们最终选择了(le)小型(xíng)多旋翼。

在续航性能(néng)方(fāng)面,多旋翼(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,主要有四种方式:

①新型电池:比(bǐ)如(rú)最近(jìn)风头正(zhèng)热的氢(qīng)燃料电池(chí),国内外已经有公(gōng)司进行投入使用,2015年,来(lái)自加拿大蒙特利尔的(de)EnergyOr技术有(yǒu)限公司采(cǎi)用燃料电池的四旋(xuán)翼(yì)进行了2小时(shí)12分钟续航飞行。此外,石墨烯、铝空气、纳米点(diǎn)这三项电池技(jì)术将成为(wéi)未(wèi)来电池(chí)世界的三大(dà)奇兵。这(zhè)些新兴(xìng)材料如果能运用(yòng)到(dào)多旋翼上可以对续航能力(lì)有一个大大的提升。

②混合动(dòng)力:这个大家了解较多,在(zài)此不赘述。

③地面供(gòng)电:通过电(diàn)缆将电(diàn)能源源不断输(shū)送给(gěi)多旋(xuán)翼,专(zhuān)业术语称系留无人机。

④无线充电:来自德(dé)国柏林的初创公司 SkySense在无(wú)人机户外充电(diàn)方面提供了一种解(jiě)决方(fāng)案,他(tā)们研发(fā)出一块可(kě)以为无人机(jī)进行无线充电的平板。如果(guǒ)能够缩(suō)短充电时间,那么(me)无线充电(diàn)技(jì)术将会(huì)极大地(dì)帮(bāng)助多旋(xuán)翼进行长途飞行。

④自(zì)动机场:可(kě)以自动换电池,替(tì)代飞手精密操控(kòng)。

对于这三种机型,操控性(xìng)与飞机结构和飞行原理相关,是(shì)很(hěn)难改变的。在可靠性(xìng)和勤(qín)务性方面,多旋翼始终具备优(yōu)势。随着(zhe)电池能量密(mì)度的不断提升、材料的轻型化和机载设备(bèi)的不断(duàn)小型化,多旋翼的优(yōu)势将进一步凸显。因此,在大众市场,“刚性”体验最终让(ràng)人们(men)选择了(le)多旋翼。

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