以目前常见的电动的固定翼、直升机和多旋翼为例比较:
1、在操(cāo)控性(xìng)方面(miàn),多旋翼操控是最简(jiǎn)单(dān)的。
它不(bú)需要跑道(dào)便可以垂直起降,起飞后可在空中悬(xuán)停。它的操控原理简单,操控(kòng)器(qì)四个遥感操作对(duì)应飞行器的前后、左右、上(shàng)下和偏航方(fāng)向的(de)运动。在(zài)自动驾驶仪方 面,多(duō)旋翼自驾仪控制(zhì)方法简单,控(kòng)制器(qì)参数调(diào)节(jiē)也很(hěn)简(jiǎn)单。相对而(ér)言,学(xué)习固定翼和直升(shēng)机的飞行不是简单(dān)的事情。固(gù)定翼(yì)飞行场地要求(qiú)开(kāi)阔,而直升机(jī)飞行过(guò)程(chéng) 中(zhōng)会产生通道间耦合,自驾仪控制器(qì)设计(jì)困难,控制(zhì)器调节也很困难(nán)。
2、在可靠性方(fāng)面,多旋翼也是表现最出色的。
若仅考虑机械的可靠(kào)性(xìng),多旋翼没(méi)有活动部(bù)件,它的可靠性基(jī)本上取(qǔ)决于(yú)无刷电机的可靠性,因此可靠性较高。相比(bǐ)较而言,固定翼和直升机有活动的(de)机械连接部件,飞行过程中会(huì)产生磨损,导致(zhì)可靠(kào)性下降(jiàng)。而且多(duō)旋翼能够悬停(tíng),飞(fēi)行范(fàn)围受控,相(xiàng)对固定翼更安全。
3、在勤务(wù)性(xìng)方面,多旋翼的勤(qín)务(wù)性是(shì)最高的。
因其结构简单(dān),若电机、电子调速器、电池、桨和机架损坏,很容(róng)易替换。而固(gù)定翼和直(zhí)升机零件(jiàn)比较多,安装也需要技巧,相对比(bǐ)较麻(má)烦。
(1)桨(jiǎng)叶尺寸越大,越难迅(xùn)速改(gǎi)变其速度(dù)。
正是因为如此,直升机(jī)主要是靠(kào)改变桨距而不是速(sù)度(dù)来改变升力。
(2)在大载重下,桨的刚性需要进一步提高。
螺(luó)旋桨(jiǎng)的(de)上下振(zhèn)动(dòng)会导致(zhì)刚性大的(de)桨很容易折断,这与我们(men)平时来回(huí)折铁丝便可将铁丝折断同理。因此,桨叶的(de)柔性是很重要(yào)的,它可以减少桨叶来回旋转对桨叶根部 的(de)影响。正因为如此(cǐ),为了减(jiǎn)少桨叶的疲劳,直升机(jī)采用了一个容许桨叶在旋转过程中上下运(yùn)动的铰链。如果要提(tí)供大载重,多旋翼也需要增(zēng)加活动部件或加入涵道 和整流片。这相当于一个多旋翼(yì)含(hán)有多个(gè)直升机结(jié)构(gòu)。这样多旋翼的可靠性和维护性就会急剧下降,优势也就不那么明显了。当然,另一种增加多旋(xuán)翼(yì)载重能力的可 行方案(àn)便是增加桨叶数量,增至18个或(huò)32个桨。但该方式会极大地降低(dī)可(kě)靠性、维护性和续航(háng)性。种(zhǒng)种原因使人(rén)们最终选(xuǎn)择了小型(xíng)多旋(xuán)翼。
在续航性(xìng)能方面,多旋翼(yì)的表现也明(míng)显弱(ruò)于固定翼,其能量转换效率低下,目前(qián)解决多旋翼的续航问题,主要有四种(zhǒng)方式:
①新型电(diàn)池:比如最近风头正热(rè)的氢燃料电池,国(guó)内外已经有公(gōng)司进行投(tóu)入使用,2015年,来自加拿大蒙特利尔(ěr)的EnergyOr技术有限公司采用燃(rán)料电(diàn)池的四(sì)旋翼进(jìn)行(háng)了2小时(shí)12分(fèn)钟续航飞(fēi)行(háng)。此外,石墨烯、铝空(kōng)气、纳米点这(zhè)三(sān)项电(diàn)池技术将成为未来电池(chí)世界(jiè)的三大奇兵。这些(xiē)新兴(xìng)材料(liào)如(rú)果(guǒ)能运用到多旋翼上可以对续航能力有(yǒu)一个大大的提升。
②混合(hé)动力:这(zhè)个大(dà)家了(le)解较多(duō),在此不赘(zhuì)述。
③地(dì)面(miàn)供电(diàn):通过电(diàn)缆将电能源源不断输送给多旋翼,专业术语称系留无人机。
④无线充电:来自德国(guó)柏林的初创公司 SkySense在无人机户外充电方面提供(gòng)了一种解决方案,他(tā)们研(yán)发(fā)出一块可以为无(wú)人机(jī)进行无线(xiàn)充电的平(píng)板。如果能够缩短充电时间,那么无线充电(diàn)技术(shù)将会(huì)极大地(dì)帮助多旋翼进行长途飞行。
④自动机场:可以自(zì)动换电池,替代飞手精密操(cāo)控。
对于这三种机型,操(cāo)控性与飞机结构(gòu)和飞行原理相关,是很难改变(biàn)的。在可靠性和(hé)勤务性方面,多旋翼始终具(jù)备(bèi)优势。随着电池能量密度的不断提升、材料的(de)轻型化和机载设备的不断小型化,多旋翼的优势将进(jìn)一步凸显(xiǎn)。因(yīn)此,在大众市场,“刚(gāng)性”体验最终让人们(men)选择了多旋翼。

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