以目前常(cháng)见的(de)电动的固定(dìng)翼、直升(shēng)机(jī)和(hé)多旋翼为例比较:
1、在操控(kòng)性方面,多旋翼操控是(shì)最简单的。
它不需要跑道便可以垂直起降,起飞后可在(zài)空中悬停。它的操(cāo)控(kòng)原理简单,操控(kòng)器四个遥感操作对应飞行器的前后、左右、上下和偏航方向的运动。在自(zì)动驾(jià)驶(shǐ)仪方 面,多旋(xuán)翼自驾仪控(kòng)制方(fāng)法简单,控制器参数调节也(yě)很(hěn)简单。相对(duì)而(ér)言,学习固定翼(yì)和直升机的(de)飞(fēi)行不是简单的事(shì)情。固定翼(yì)飞行场地要(yào)求开阔,而直升机飞行过程(chéng) 中会产生通道间耦合,自驾(jià)仪控制器(qì)设计困(kùn)难,控制器调节也很(hěn)困难。
2、在(zài)可靠(kào)性(xìng)方面,多旋翼也(yě)是(shì)表现最出(chū)色的。
若仅考虑机械的可靠性(xìng),多旋翼没有活动部件,它(tā)的可靠性基本上取决于无刷(shuā)电机的(de)可靠(kào)性,因此(cǐ)可靠性较(jiào)高(gāo)。相比较(jiào)而言,固定(dìng)翼和直升机有活动的机械连接部件,飞行过程中会产生磨损,导致可靠性下(xià)降。而且多旋翼能(néng)够(gòu)悬停,飞行范围受控(kòng),相对固定翼更安全。
3、在(zài)勤(qín)务性方面,多旋翼(yì)的勤务性是最高的。
因其结构简单,若电机(jī)、电子调(diào)速器、电池、桨和机架损坏,很容易(yì)替换。而固(gù)定翼和(hé)直升(shēng)机零件比较多,安装也(yě)需要技巧,相对(duì)比(bǐ)较麻烦。
(1)桨叶尺(chǐ)寸越大,越难迅速改变其速度。
正是因为如此,直升(shēng)机(jī)主要是靠改变桨距而不是速度来改(gǎi)变升(shēng)力(lì)。
(2)在大载(zǎi)重下,桨(jiǎng)的刚性需(xū)要(yào)进(jìn)一步提高。
螺旋(xuán)桨的上下振动会导(dǎo)致刚性大的桨很容易折断,这与(yǔ)我们平时来回折铁丝便可将铁丝折断同理。因此,桨(jiǎng)叶的柔性是很重要(yào)的(de),它(tā)可以减(jiǎn)少桨叶(yè)来回旋(xuán)转对桨叶(yè)根部 的影响。正因为(wéi)如此,为了减少桨叶的疲(pí)劳,直升机采用了一个容许桨(jiǎng)叶(yè)在旋转过程中上下运动(dòng)的(de)铰链。如果要提供(gòng)大载(zǎi)重(chóng),多(duō)旋翼也需要增加(jiā)活动部件或加入涵道 和整流(liú)片。这相当于一个多旋(xuán)翼含有多个直升机结构。这样多旋(xuán)翼的可靠性和维护性就(jiù)会急剧(jù)下(xià)降(jiàng),优势也就不那么明显了。当然,另一种增加多旋翼载重(chóng)能力的可 行方案便是增加桨(jiǎng)叶(yè)数(shù)量,增至18个或32个桨。但该方式会(huì)极大地降低可靠性、维护性(xìng)和(hé)续航性。种种(zhǒng)原因使(shǐ)人们最(zuì)终选择(zé)了小型(xíng)多旋翼。
在续(xù)航性能(néng)方面,多旋翼(yì)的表现也明显(xiǎn)弱于固定翼,其(qí)能量转换效率低下(xià),目前(qián)解决多旋翼的续(xù)航问(wèn)题,主要有四种方式:
①新型电(diàn)池:比如(rú)最(zuì)近风头正(zhèng)热的氢燃料电池,国内外已经有公司进行投入(rù)使用,2015年,来自加(jiā)拿大蒙特利尔的EnergyOr技术有限公司采用燃料电池的(de)四旋翼进行了2小时(shí)12分钟续(xù)航飞行。此外,石墨烯、铝空气、纳米点这(zhè)三(sān)项(xiàng)电池技术(shù)将成为未来电池(chí)世界的三大奇兵。这些新兴材料如果能运用到多旋翼上可以对续航能力有一个大大的提升。
②混合动力(lì):这个大家了解较(jiào)多,在此不赘述。
③地面供电:通过电(diàn)缆将电能源源不断输送给多旋翼,专(zhuān)业术语(yǔ)称系留无人机。
④无线(xiàn)充电(diàn):来自(zì)德国柏林的初创(chuàng)公司 SkySense在无人机户外(wài)充电方面提供了一种解(jiě)决方案,他们研发(fā)出一块可以为无人机进行无线充电的平板。如果能够缩短充(chōng)电(diàn)时间,那么无(wú)线充电技术将会极大地帮助多旋翼进(jìn)行长途飞行。
④自动机场:可以自动换电池,替(tì)代飞手精密操(cāo)控(kòng)。
对于(yú)这三种(zhǒng)机型,操控性与飞机结(jié)构和飞行(háng)原理相关,是很难改变的。在(zài)可靠性和勤(qín)务性方面,多旋翼始终具备优势。随着(zhe)电池(chí)能(néng)量(liàng)密(mì)度的(de)不(bú)断提升(shēng)、材料(liào)的轻型化(huà)和机载设备的不(bú)断小型化,多旋翼的(de)优(yōu)势将进一步凸显。因此,在大(dà)众(zhòng)市场(chǎng),“刚性”体验最终让人们选择(zé)了多旋(xuán)翼。

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