以目前常见的(de)电动的固定翼、直升机和多旋翼为例比较:
1、在操(cāo)控性方(fāng)面,多旋翼操控(kòng)是最简(jiǎn)单的。
它不需(xū)要(yào)跑道便(biàn)可以垂直(zhí)起降,起飞后可在(zài)空中悬停。它的操(cāo)控原理简单,操控(kòng)器四个遥感操(cāo)作对应飞行(háng)器(qì)的前后、左右(yòu)、上下和偏航方向(xiàng)的运动(dòng)。在自动驾驶(shǐ)仪(yí)方 面,多旋翼自驾仪控制方(fāng)法简单,控制器参数调节也很简单。相对(duì)而言,学习固定翼和直升机的飞行不是简单(dān)的事情(qíng)。固定翼飞行场地(dì)要求开阔,而直升机飞(fēi)行过程 中会产生通道间耦合,自驾仪控制器(qì)设计困难,控制器调节也很(hěn)困难。
2、在(zài)可靠性方面,多旋翼(yì)也是表现最出色的。
若仅考虑机(jī)械的可靠(kào)性,多旋翼(yì)没有活动部(bù)件(jiàn),它的可靠性基本上取决于(yú)无刷电机的可靠性(xìng),因此可靠性较高(gāo)。相比较而言,固定翼(yì)和直升机有活动的机械连接部件(jiàn),飞行过程中会产生磨(mó)损,导致可靠性(xìng)下降。而且多(duō)旋翼能够悬(xuán)停,飞(fēi)行范围受控(kòng),相对(duì)固定翼(yì)更安全(quán)。
3、在(zài)勤务性方面,多旋翼的(de)勤(qín)务性是最高的。
因其结构简(jiǎn)单,若电机、电子(zǐ)调(diào)速(sù)器、电池、桨和机架损坏,很容易替换。而固定翼和直升机零件比(bǐ)较多,安(ān)装也需要技巧,相对比较麻(má)烦。
(1)桨叶尺寸越大,越难迅速改变其速(sù)度。
正是因为如此,直(zhí)升机主要是靠改变桨距而不(bú)是(shì)速度来改变升力。
(2)在(zài)大载重下,桨(jiǎng)的刚(gāng)性需要进一步提高。
螺(luó)旋(xuán)桨的上下振动会导致刚(gāng)性大的桨很容易(yì)折断,这(zhè)与我们平时来回折铁丝(sī)便可将铁丝折断同理(lǐ)。因此,桨叶的柔性是很(hěn)重(chóng)要的,它可以减少桨叶来回旋转(zhuǎn)对桨叶根部(bù) 的影响。正因为(wéi)如此,为了减(jiǎn)少桨叶的疲劳,直升机采用了一个(gè)容许桨叶在旋转过程(chéng)中(zhōng)上下运动(dòng)的铰链。如果要提(tí)供大载重,多旋翼也需要增加(jiā)活动(dòng)部件(jiàn)或(huò)加入涵道 和整流片。这相(xiàng)当于一个多旋翼含有多个直升机(jī)结构。这样(yàng)多旋翼的可靠(kào)性和维(wéi)护性就会(huì)急剧下(xià)降,优势也就不那么明显了。当(dāng)然,另一种增加多(duō)旋翼载重能(néng)力的可 行方案便是增加桨叶数量(liàng),增至(zhì)18个或32个(gè)桨。但该方(fāng)式会极大(dà)地(dì)降低可靠性、维护性和续航性(xìng)。种种(zhǒng)原因使人(rén)们最终(zhōng)选择了小型多旋(xuán)翼。
在(zài)续航性能方面,多旋翼的(de)表现也明显弱于固定翼,其(qí)能量(liàng)转换效率低下(xià),目前解决多(duō)旋翼的续航问题,主要有(yǒu)四种方(fāng)式:
①新型电池:比如(rú)最(zuì)近风头正热(rè)的氢燃料(liào)电池,国(guó)内(nèi)外已(yǐ)经有公(gōng)司进行(háng)投入使用,2015年,来自加拿(ná)大蒙特利尔的EnergyOr技术有限公(gōng)司采(cǎi)用(yòng)燃料电池的四旋翼进行了(le)2小(xiǎo)时(shí)12分钟(zhōng)续航飞(fēi)行。此外(wài),石(shí)墨烯、铝空气(qì)、纳米点这三项电池(chí)技术(shù)将成为未来电池世界的三(sān)大奇兵。这些新兴材料如果能(néng)运用到多旋翼上可以对续航能力有(yǒu)一(yī)个(gè)大(dà)大的提升。
②混合动(dòng)力:这个大(dà)家了解较多,在此不赘(zhuì)述。
③地面供电:通过电缆将电能源源不断输送给多旋翼,专业术语称系留无(wú)人机。
④无线充电(diàn):来自(zì)德国柏林的(de)初创公司 SkySense在无人机户外充电(diàn)方面提(tí)供了(le)一种解决(jué)方案(àn),他们研发出一(yī)块可以为无人机进行无线充电(diàn)的(de)平板。如果能够缩短(duǎn)充电(diàn)时间,那么无线充电技术将会极大(dà)地帮助多旋翼进行长途飞行。
④自动机场:可以自动换电池,替代飞(fēi)手精密操(cāo)控。
对于这三种(zhǒng)机型,操控性与飞(fēi)机结构和(hé)飞行原理相关,是很难改变的。在可靠性和勤务性方面,多旋翼始终(zhōng)具备(bèi)优势。随着电池能量密度(dù)的不(bú)断提升、材料的轻型化和机载设(shè)备的不(bú)断小(xiǎo)型化(huà),多旋翼的优势将进一步(bù)凸显。因此,在大众市场,“刚性”体验最终让人们选择了多旋翼。

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