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固定(dìng)翼类(lèi)无人机飞行(háng)原理

 

1.机身结构

固定翼类无人机是最早出现的无(wú)人机机型。常用的接收(shōu)机通(tōng)道名称依然沿用了固定翼遥控飞机中使用的叫法:AIL-副翼;ELE-升降舵;THR-油门;RUD-方向舵;GRY-起(qǐ)落(luò)架等。这些(xiē)名(míng)称在多旋翼或(huò)者其它类型无人机中并不使用,但依然沿(yán)用这(zhè)类称呼,足见固定翼在无人机机型中的重要位置。

2.动(dòng)力与姿态控制

固定翼无人机的动力(lì)原(yuán)理非常简单:动量守恒F=mv。一般可通过机身前部或者后部的螺(luó)旋桨推送(sòng)空气(qì)提(tí)供反向动力,同(tóng)时(shí)在高空中借(jiè)助气流飞行(háng)与姿(zī)态调整。借(jiè)助副翼,升降舵,方向舵提供(gòng)无人机飞(fēi)行需要的横滚,俯仰,姿态(tài)力矩——其实从名称就可以一目了然地明确(què)控(kòng)制方法了。

3.起(qǐ)飞方式(shì)

传统(tǒng)小中型固(gù)定翼(yì)无人机(jī)由于机身尺寸和载重能力限制,一般不具备搭载过大的(de)动力系统的能力(lì),因此(cǐ)需要借助外力(lì)起飞。传统的(de)手抛型无人机和弹(dàn)射(shè)型无人机都是借助外(wài)力起飞,这样的起飞方式使得固(gù)定翼(yì)无人机具备更多的负载空间与负载能力,只要能够(gòu)抛(pāo)得动,弹(dàn)得飞,等(děng)到天上去就可以借助气(qì)流提供飞行。

垂直(zhí)放(fàng)置机(jī)身的(de)起飞(fēi)模式使(shǐ)得(dé)固定翼具备(bèi)了(le)垂飞能力,但由于完全依靠本身的定距桨提供升空(kōng)动力,就(jiù)必须增加旋(xuán)翼尺寸,减(jiǎn)小固定翼无人机本身的重量以(yǐ)及(jí)携带的设备(bèi)重量。往往一个旋翼还不够,需要至少(shǎo)两(liǎng)个旋翼提供动力,但无(wú)人机机身(shēn)尺寸(cùn)有限(xiàn)制,安装(zhuāng)部(bù)位(wèi)也(yě)受(shòu)限制,导致彼此距离很近,旋翼间容易产生比较(jiào)大的气流影响,难以保证垂直飞行或者(zhě)垂直定点的稳定性(xìng)。在机身改变飞行(háng)模式(垂飞变固定翼巡航(háng))时是一个非线性过程的线(xiàn)性(xìng)化控制,此时对扰动,内部操作都非(fēi)常敏感。同时当转变为(wéi)固定翼飞(fēi)行模式后,强大的动力又变得毫无(wú)必要,徒然提升了能量耗损。

增添垂(chuí)飞旋翼系统的设(shè)计(jì)方(fāng)式同样使得固定翼无人机具(jù)备了垂(chuí)直起飞能力(lì),因为是布局在机身的平面上(shàng),空间比较宽裕(yù),可以(yǐ)通过多个小旋翼拉大彼此间距,在(zài)提供足够升空动力的前提下避免旋(xuán)翼间扰流(liú)。同时在(zài)飞行模式变化上可以直接切换,无需增添(tiān)额(é)外的中间过程(chéng)。但垂直旋翼系统意味着要增加(jiā)额外的动(dòng)力(lì)元件——发动机或者电机。而这类元件在小型无人机(jī)系统中既需要挤压机身内部安装空间也需要固定(dìng)翼让出一部分载重能力。同时当垂飞变为巡航,也就(jiù)是切换(huàn)回固(gù)定翼模式(shì)后,这几个旋翼将变为彻(chè)底(dǐ)的累赘。

4.不同使用者选择(zé)

传统的固定(dìng)翼无(wú)人机在没有电源时具(jù)备天然的滑翔能力,对驾驶(shǐ)与技术失误的“鲁棒(bàng)性(xìng)”更强,可以在电量较低时携带更大载(zǎi)重,飞行更远(yuǎn)距(jù)离。但(dàn)对于(yú)需要精确(què)悬停的飞行任务而言,固定(dìng)翼就不(bú)好使了,因为(wéi)——它没办法定点悬停(tíng),只能围(wéi)绕着某点进行圆周盘旋飞行。

对于航(háng)拍职业人(rén)士,固定翼无人(rén)机不适合定(dìng)点拍摄某一(yī)对象。但(dàn)对于拍摄城市高空景观(guān),风景区高空景观等等,这类飞行时间长,拍摄高度高,气流环(huán)境比较复杂,携带设备比较多的(de)任务是(shì)非常合适的选(xuǎn)择。而且在冬天,电池性能非常(cháng)不稳定(dìng),多(duō)旋翼无人机每个飞(fēi)行动作都需要(yào)动(dòng)力(lì)维(wéi)持,此时50%的(de)电量提示等于告诉你“快(kuài)点返航”,而固定翼飞机在空中只(zhī)需要(yào)对一个定距桨(jiǎng)提(tí)供动力,甚至(zhì)借助本身的滑翔能力,在动力完全所剩(shèng)无几的情况(kuàng)下只需提供舵机姿(zī)态控(kòng)制,具备“比较平(píng)稳”的降落(luò)控制能力,保证了设备的(de)安全(quán)使用。

对于(yú)地理测绘,电力巡检,农业植保,这类任务传统就时常采用(yòng)的小型固定翼载人飞机完成,而固定(dìng)翼无人机同样具备高(gāo)空(kōng)飞(fēi)行,长时间续航(háng)以及强大(dà)的载重(chóng)能(néng)力。同(tóng)时固定翼机型容(róng)易进行气(qì)动设计与机(jī)身结构(gòu)创(chuàng)新,能够根据不同(tóng)任务提供多种产品设计,而无(wú)需将(jiāng)精力分散到类似多旋翼的动力环节上。

对于(yú)航模(mó)爱好者而言固定翼无人(rén)机机身选择(zé)多种多样,可以彰显个(gè)性,并且很容易进行内部系统设(shè)计。组装,飞(fēi)行,操控都非常(cháng)容易上手。

目前,我国民用无人机生产单位逐步壮大,初步(bù)估计约(yuē)有150多家,已生(shēng)产了15000余架无人机。比如位于昆明市滇新路(lù)569号附1号的昆明劲(jìn)鹰无人机专业(yè)从事航(háng)测无人机(jī)设备的设计、生(shēng)产、销售和航测(cè)航拍服务,是中国技术顶尖(jiān)的航测(cè)航拍无人机设(shè)计制造及航飞服务商,开发研制出劲鹰1型汽油航测航拍无人机、劲(jìn)鹰(yīng)2型垂直起飞固定翼(yì)无人机、劲(jìn)鹰3型可垂直起飞悬停固定翼无人机、劲鹰650航拍专用飞(fēi)行器(qì)、劲鹰1000型八轴航拍航测无人机、劲鹰1600大型(xíng)载重旋翼飞(fēi)行平台和劲鹰S1型(xíng)汽油航测航拍水上无人机等多种型(xíng)号的无人机,并成功到非洲飞行完成航测任务,拥有为民用、商用航空领域(yù)提供优(yōu)质服务的能力和实(shí)力(lì)。

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