以目前(qián)常见的电动的固定翼(yì)、直升机(jī)和多旋翼为例比较:
1、在(zài)操控性(xìng)方面,多旋翼操控是最简单(dān)的。
它不需要(yào)跑道便可以垂直起降,起飞后(hòu)可(kě)在空中悬停。它(tā)的操(cāo)控原理简单,操(cāo)控器四个遥感操作对(duì)应飞行器的前后、左右、上下(xià)和偏航方向的运(yùn)动。在自动驾驶仪方 面,多旋翼自驾仪控制方法简单,控制器参数调节也很简单。相对而(ér)言,学习(xí)固定翼和直升(shēng)机(jī)的飞行不(bú)是简单(dān)的事情。固定翼飞行场地(dì)要求开阔,而直升机飞行(háng)过(guò)程 中会产生(shēng)通道间耦(ǒu)合,自驾仪控制(zhì)器(qì)设计困(kùn)难,控制器调节也(yě)很困难。
2、在可靠性方面,多旋翼也是表现(xiàn)最出色(sè)的。
若仅考虑机械(xiè)的可靠性,多旋翼没有活动部件(jiàn),它的(de)可靠性(xìng)基本上取决于无刷电机的可靠(kào)性(xìng),因此可靠性较(jiào)高(gāo)。相(xiàng)比较(jiào)而言,固定翼和直升机(jī)有活动的机械连接部(bù)件,飞行过程(chéng)中会产生磨损,导(dǎo)致可靠(kào)性下降。而且(qiě)多旋翼能够(gòu)悬停,飞行范围受控,相对固定翼更(gèng)安全。
3、在(zài)勤(qín)务性方(fāng)面,多旋翼的勤务性是最高的。
因(yīn)其结构(gòu)简单(dān),若电机、电子调速(sù)器、电池、桨(jiǎng)和机架损坏,很容易替换。而固定(dìng)翼和直升机零件比较(jiào)多,安装也需要(yào)技巧(qiǎo),相对比较麻烦。
(1)桨叶(yè)尺(chǐ)寸越大,越难迅(xùn)速改变其速度(dù)。
正是因为如此,直升(shēng)机(jī)主要是(shì)靠(kào)改变桨距而不是(shì)速度来改变(biàn)升力。
(2)在(zài)大载重下(xià),桨的刚性需要进一(yī)步提高。
螺(luó)旋桨的(de)上下振动会导致刚性大的(de)桨很容易(yì)折断(duàn),这与(yǔ)我(wǒ)们平(píng)时来回折铁(tiě)丝便可将铁丝折断同理。因此,桨叶的柔性是很重要的,它可(kě)以减少桨(jiǎng)叶来回旋转对桨叶根部 的影响。正因(yīn)为如此,为了减少桨叶(yè)的疲劳,直升机(jī)采用(yòng)了(le)一个(gè)容许桨叶在(zài)旋转(zhuǎn)过程中上下(xià)运动的铰链。如果要提供大载重,多旋翼也需要增加活动部件(jiàn)或加入涵道 和整流片。这相当于一个(gè)多旋翼含(hán)有多个直升机(jī)结(jié)构(gòu)。这样多旋翼的可靠性和维护性就会急剧下降,优势也(yě)就不那么(me)明显了。当然,另一种增加多旋翼载重能力的可 行方案便是增加(jiā)桨叶数(shù)量,增至18个或32个桨。但该(gāi)方(fāng)式会极大地降低可靠性、维护性(xìng)和续航性(xìng)。种种(zhǒng)原因使人(rén)们最终选择了小型(xíng)多旋(xuán)翼。
在续航性能方面,多(duō)旋翼的表现也明显(xiǎn)弱(ruò)于固定翼(yì),其能(néng)量转(zhuǎn)换效率低下(xià),目前解决多旋翼的续航问题,主要有四种(zhǒng)方式(shì):
①新型电池(chí):比如最近风头正热的氢燃料电池,国内外(wài)已经有公司进行投入使(shǐ)用,2015年,来自加拿大蒙特利尔的EnergyOr技术有限公(gōng)司采用燃料(liào)电池的四旋翼进(jìn)行了2小时12分钟续航飞行。此外,石墨烯、铝空气、纳米点这三项电池技术(shù)将成为未来电池世界的三大(dà)奇(qí)兵。这些新兴材料如果能运用到多旋翼上可以对续(xù)航能力有一个大大的(de)提升(shēng)。
②混合动力:这个大家了解较多,在此不赘(zhuì)述。
③地面供电:通过电缆将(jiāng)电能源源不断输送给多(duō)旋翼,专业(yè)术(shù)语称系留无人机。
④无(wú)线充电:来(lái)自德国柏林的初创公司(sī) SkySense在无人机(jī)户(hù)外充电方面(miàn)提供了一种解决方案,他们(men)研发出一(yī)块可以为无人机进行无(wú)线充电的平(píng)板。如果能够缩短充电时间,那么无线充电技术将会极(jí)大地帮助多旋翼进行长途飞行。
④自动(dòng)机(jī)场:可以自动换电池,替代飞手精密操控。
对于这三(sān)种(zhǒng)机型,操控性(xìng)与飞机结构和飞行原理相关,是(shì)很难改变的。在可靠(kào)性和勤务性(xìng)方面,多旋翼始终具备优势。随着电池能量密度的不断提升、材料的轻型化和机载设备的不断小型化,多旋(xuán)翼的(de)优(yōu)势将进一步凸显。因此(cǐ),在大众市场(chǎng),“刚性”体验最终让人们选择了多旋翼。

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