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无人(rén)机为什么爱多(duō)旋翼?

 

以目前常见的电动的(de)固定翼(yì)、直升机和多旋(xuán)翼为例比较:

1、在操控性(xìng)方面,多旋翼(yì)操控是最简单(dān)的。

它不需要跑道便可以(yǐ)垂直起(qǐ)降,起(qǐ)飞(fēi)后可在空中悬停。它的操控原理简单,操控器四个遥(yáo)感操作对应飞(fēi)行器的(de)前后、左右、上下和偏(piān)航方(fāng)向的运动。在自动驾驶仪方 面,多旋翼自驾仪控(kòng)制方法简单,控制(zhì)器参数调节也很简单。相对而言,学习固定翼(yì)和(hé)直升机的飞行不是(shì)简单的事情。固(gù)定(dìng)翼飞行场地要求开阔,而直升机飞行过程 中会产生(shēng)通(tōng)道间耦合,自(zì)驾仪控制器设计困难,控制器调节也很困难。

2、在可靠性方面,多旋翼也是表(biǎo)现最出(chū)色(sè)的。

若(ruò)仅考虑机械的可靠(kào)性,多旋(xuán)翼没有(yǒu)活动部(bù)件,它的可靠性基本上取决于(yú)无(wú)刷电机的可靠性(xìng),因此可(kě)靠性较高。相比较而言(yán),固定翼和(hé)直升机(jī)有活动(dòng)的机(jī)械连接(jiē)部(bù)件,飞(fēi)行过程中会产(chǎn)生磨损,导致可靠性下降。而且多旋(xuán)翼能够悬停,飞行(háng)范围受控,相对固(gù)定翼更安(ān)全(quán)。

3、在勤务性方面,多旋翼的(de)勤务(wù)性是最高的。

因其结构简(jiǎn)单(dān),若电(diàn)机、电子调速器、电池(chí)、桨和机架损坏(huài),很容易替换。而固定翼和直升机零件比较多,安装也需要技巧,相对比较麻(má)烦。

1)桨叶尺(chǐ)寸越(yuè)大,越难迅速改变其(qí)速度。

正是(shì)因为(wéi)如此(cǐ),直升机主要是靠改变桨(jiǎng)距(jù)而不是速度来改变升力(lì)。

2)在大载重下,桨的刚性需要进一(yī)步提高。

螺旋桨的上(shàng)下(xià)振(zhèn)动(dòng)会导致刚性大的桨很容易(yì)折(shé)断,这与我们平时来回折铁(tiě)丝便可将铁丝(sī)折断同理。因此,桨叶的(de)柔性是很重要的,它可以减少桨叶来回旋转对(duì)桨叶根部 的影(yǐng)响。正因为如此,为(wéi)了(le)减少桨叶的(de)疲(pí)劳,直升机采用了(le)一个(gè)容许(xǔ)桨叶在旋转过程(chéng)中上下运动的铰(jiǎo)链。如果要提(tí)供大载重,多旋翼也(yě)需(xū)要增加活动部件(jiàn)或(huò)加入涵(hán)道 和(hé)整流片。这(zhè)相当(dāng)于一个多旋翼含有(yǒu)多个直升机结(jié)构。这(zhè)样多旋翼的可靠性和维(wéi)护(hù)性就会急剧下降,优(yōu)势也就不那么明(míng)显了。当然(rán),另一种增加多旋翼载(zǎi)重能力的可 行方案便是增(zēng)加桨(jiǎng)叶数量,增(zēng)至18个或32个桨。但该(gāi)方式会极大地降低可靠性(xìng)、维护(hù)性和续(xù)航(háng)性。种种原因使人们最终选择了小型多旋(xuán)翼(yì)。

在(zài)续航(háng)性(xìng)能(néng)方面,多旋翼的表现也(yě)明显弱(ruò)于固定翼(yì),其能(néng)量(liàng)转换效率低下,目前解决多旋翼的(de)续航问题(tí),主要有(yǒu)四种方式:

①新型电池:比(bǐ)如最近风头正热的氢燃料电池,国内外(wài)已经有公司进行投(tóu)入使用(yòng),2015年,来自加拿大蒙(méng)特利尔的EnergyOr技术(shù)有限(xiàn)公司采用燃料电池(chí)的(de)四旋翼(yì)进行了2小时12分钟续(xù)航飞行。此外,石墨烯、铝空(kōng)气、纳米点这三项电池技术(shù)将成为(wéi)未来(lái)电(diàn)池世(shì)界的三大奇兵(bīng)。这些新兴材料如(rú)果能运用到多旋翼上可以对续航(háng)能力有一个大(dà)大的(de)提(tí)升。

②混合动力:这个大家了解(jiě)较(jiào)多,在此不赘述。

③地面供电(diàn):通过电缆将电能源源不断输(shū)送给多旋翼,专业术语称(chēng)系留(liú)无人机(jī)。

④无线充电:来自德国柏林的初(chū)创(chuàng)公(gōng)司(sī) SkySense在无人(rén)机户外充电方面提(tí)供了一种解决方案,他们研发出(chū)一块可以为无人(rén)机进行无线充电的平板。如果能够缩短充电时(shí)间,那么无线充电技术将会(huì)极大地(dì)帮助(zhù)多(duō)旋(xuán)翼进行长途(tú)飞行。

④自动机场:可以自动换电池,替代飞手精密操控(kòng)。

对于这三种机(jī)型,操控性与飞机结构和飞(fēi)行原理相关,是很难改变的。在可靠性和勤(qín)务性方(fāng)面,多旋翼始终具(jù)备优(yōu)势。随着电(diàn)池能量密度的不断提升、材料的轻型化和机载设备的不断(duàn)小型(xíng)化(huà),多旋翼(yì)的优势将进一步凸显。因此(cǐ),在大众市场,“刚性”体验(yàn)最终让人们选择了多旋翼。

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