以目前常见的电(diàn)动的固定(dìng)翼(yì)、直升机和多旋翼为例比较:
1、在操控性(xìng)方面,多旋翼操控是最简单(dān)的。
它不需要跑道便可以垂直起降,起飞(fēi)后可在空中悬停。它的操(cāo)控原理简单,操控器四个遥感操作(zuò)对应飞行器的前后、左右、上下和偏(piān)航方(fāng)向(xiàng)的运动。在自动驾驶仪方(fāng) 面,多旋翼自(zì)驾仪控制方法简单,控制器参(cān)数(shù)调节也很简单(dān)。相对而言,学(xué)习固定翼和(hé)直(zhí)升机的飞行不是简单的事情。固定翼飞行场地(dì)要求(qiú)开阔,而直升(shēng)机(jī)飞行过程 中会产生通道间耦合,自驾仪控制器设计困难,控制器调(diào)节也很困难。
2、在(zài)可(kě)靠性方(fāng)面,多旋翼也是表现最(zuì)出色的。
若仅考虑机械的可靠性,多旋翼(yì)没有活动部件(jiàn),它的可靠性基本上取决于无刷电机的(de)可靠性(xìng),因此可靠性较高。相比较而言,固(gù)定(dìng)翼和直升(shēng)机有活动的机械连接部(bù)件,飞(fēi)行过程中(zhōng)会产生(shēng)磨(mó)损(sǔn),导致可靠性下降。而且多(duō)旋翼能够悬停,飞(fēi)行(háng)范围受控(kòng),相对固定翼更安全。
3、在勤务(wù)性(xìng)方面,多旋翼的勤务性是最高的。
因其结构(gòu)简单,若电机、电子调速器、电池、桨和机架(jià)损坏,很容易替换。而固定翼和直升(shēng)机零件比较多,安装也需要技巧,相对(duì)比(bǐ)较麻(má)烦。
(1)桨叶尺寸越大,越难迅速改(gǎi)变(biàn)其速度。
正是因为如此(cǐ),直升机(jī)主要是靠改变(biàn)桨距而不是(shì)速度来改变升力。
(2)在大(dà)载重下,桨的刚性(xìng)需(xū)要进一步提高。
螺旋(xuán)桨的上下振(zhèn)动会导致刚性大的(de)桨很容(róng)易折(shé)断,这与(yǔ)我们平时来回(huí)折(shé)铁(tiě)丝便可将铁(tiě)丝折断同理。因此,桨叶(yè)的柔性是很重要的,它(tā)可(kě)以减少桨(jiǎng)叶来回旋(xuán)转对(duì)桨叶根(gēn)部(bù) 的(de)影(yǐng)响(xiǎng)。正因为如此,为了减少桨叶的(de)疲劳,直(zhí)升机采用了一(yī)个容许桨叶在旋转(zhuǎn)过(guò)程中上下(xià)运动(dòng)的铰链(liàn)。如果要提(tí)供大载重,多(duō)旋翼(yì)也需要增加活动(dòng)部件(jiàn)或加入涵道 和整(zhěng)流(liú)片。这相当于一个多(duō)旋翼含有多(duō)个直升机结构。这样多旋翼(yì)的可靠性和维护性(xìng)就(jiù)会急剧下降(jiàng),优势也(yě)就不那(nà)么明显(xiǎn)了。当然,另一种增加多旋翼(yì)载重能(néng)力的可 行方案便是增(zēng)加桨叶(yè)数量,增至18个或(huò)32个(gè)桨。但(dàn)该方式(shì)会极大地降低可靠性、维护性(xìng)和续航性。种种原因使(shǐ)人们最终选择了小型多旋翼。
在续(xù)航(háng)性能方面,多旋翼的表现也(yě)明显弱于固定翼,其能量(liàng)转(zhuǎn)换效(xiào)率(lǜ)低下,目前解决多(duō)旋翼的续航问题,主要有四种方式:
①新型电(diàn)池:比如最近(jìn)风头正热(rè)的氢(qīng)燃料电池,国内外已经有公司(sī)进行(háng)投(tóu)入使用,2015年,来自加拿大蒙特利尔的EnergyOr技术有限公司采用燃(rán)料电池的(de)四旋翼进行了2小时(shí)12分钟(zhōng)续航飞行。此(cǐ)外,石墨烯、铝空(kōng)气、纳米点(diǎn)这三项电池技术将(jiāng)成(chéng)为未来电池世界(jiè)的三大(dà)奇(qí)兵。这些新(xīn)兴材料如果(guǒ)能运用到多旋翼(yì)上可以对续航能力有一个大大的提升。
②混合(hé)动力:这个大家了解较多,在此不(bú)赘述(shù)。
③地面供电:通过电缆将电能源源不断输送(sòng)给多旋翼,专业术语(yǔ)称系留无人(rén)机。
④无线(xiàn)充电:来自德国柏林的初创公司(sī) SkySense在(zài)无人(rén)机户外充电方面提供了(le)一种解决(jué)方案,他们研发出一块可以为无人机进行无线充电的平板。如果(guǒ)能(néng)够缩短充电时间,那么(me)无线充电(diàn)技术将会极大地帮助多旋翼(yì)进行长(zhǎng)途飞行(háng)。
④自动机场(chǎng):可以自(zì)动换电(diàn)池,替代飞(fēi)手精密操(cāo)控(kòng)。
对于这三种机型,操控性与飞机结构和飞行(háng)原理相关,是很难改变(biàn)的。在(zài)可靠性和(hé)勤务(wù)性(xìng)方(fāng)面,多旋翼始终具备优(yōu)势。随着(zhe)电(diàn)池能量密(mì)度的不断提升、材料的轻型化和机载设备的不(bú)断(duàn)小型化,多旋翼的优势将(jiāng)进一步凸显。因此,在大众市(shì)场,“刚性”体验最终让(ràng)人们选择了多旋翼。

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