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为何无人机偏爱多旋翼?

2016-03-19 05:06 性质:转载 来源:雷锋网
为何无人机偏爱多旋翼?首先,我们以目前电动的固定翼、直升机和多旋翼为例比较它们的用户体验:在操控性方面,多旋翼的操控...

  为何无人机偏爱多旋翼?

首先,我们以目前电动的固定翼、直升机和多旋翼为例比较它们的用户体验:

在操控性方面,多旋翼的操控是最简单的。

它不需要跑道便可以垂直起降,起飞后可在空中悬停。它的操控原理简单,操控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。在自动驾驶仪方面,多旋翼自驾仪控制方法简单,控制器参数调节也很简单。相对而言,学习固定翼和直升机的飞行不是简单的事情。固定翼飞行场地要求开阔,而直升机飞行过程中会产生通道间耦合,自驾仪控制器设计困难,控制器调节也很困难。


多旋翼无人机/图 来源网络

在可靠性方面,多旋翼也是表现最出色的。

若仅考虑机械的可靠性,多旋翼没有活动部件,它的可靠性基本上取决于无刷电机的可靠性,因此可靠性较高。相比较而言,固定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,导致可靠性下降。而且多旋翼能够悬停,飞行范围受控,相对固定翼更安全。

在勤务性方面,多旋翼的勤务性是最高的。

因其结构简单,若电机、电子调速器、电池、桨和机架损坏,很容易替换。而固定翼和直升机零件比较多,安装也需要技巧,相对比较麻烦。

在续航性能方面,多旋翼的表现明显弱于其他两款,其能量转换效率低下。

在承载性能方面,多旋翼也是三者中最差的。

对于这三种机型,操控性与飞机结构和飞行原理相关,是很难改变的。在可靠性和勤务性方面,多旋翼始终具备优势。随着电池能量密度的不断提升、材料的轻型化和机载设备的不断小型化,多旋翼的优势将进一步凸显。因此,在大众市场,“刚性”体验最终让人们选择了多旋翼。

多旋翼也有自身的发展瓶颈

它的运动和简单结构都依赖于螺旋桨及时的速度改变,以调整力和力矩,该方式不宜推广到更大尺寸的多旋翼。

第一,桨叶尺寸越大,越难迅速改变其速度。

正是因为如此,直升机主要是靠改变桨距而不是速度来改变升力。

第二,在大载重下,桨的刚性需要进一步提高。

螺旋桨的上下振动会导致刚性大的桨很容易折断,这与我们平时来回折铁丝便可将铁丝折断同理。因此,桨叶的柔性是很重要的,它可以减少桨叶来回旋转对桨叶根部的影响。正因为如此,为了减少桨叶的疲劳,直升机采用了一个容许桨叶在旋转过程中上下运动的铰链。如果要提供大载重,多旋翼也需要增加活动部件或加入涵道和整流片。这相当于一个多旋翼含有多个直升机结构。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,另一种增加多旋翼载重能力的可行方案便是增加桨叶数量,增至18个或32个桨。但该方式会极大地降低可靠性、维护性和续航性。种种原因使人们最终选择了微小型多旋翼。

多旋翼未来何去何从

从事多旋翼开发,无外乎从需求、方案、技术三个角度入手。

需求创新不仅需要对用户需求的把握,还要综合把握方案和技术的可行性。需求创新又会带来新的问题和特色,这样会立刻形成产品和方案的差异性。新的问题引发新的设计、新的技术开发与集成,从而形成门槛。

方案创新需要广阔的知识面和对专业技术可行性的把握,它会降低技术的难度。

技术创新需要本领域很强的专业知识,其难度在于需要对多旋翼的某种性能进行较大改善。行业每个细分领域都会带来新需求和问题。多旋翼与其他设备组合,不断形成新的应用。新的应用场景势必带来新的问题、新的技术。同时,应该对用户进行细分。这可以挖掘另外的新需求。

相关标准的推出同样也会扩大需求。国内外相关政策不断完善,行业也将变得更加规范。这些标准势必会给用户吃下定心丸,刺激用户购买欲望,从而会进一步扩大需求。

目前,具有广大消费群体的市场需求是被普遍看好的,比如玩具、教育、可穿戴四旋翼以及农业无人机等热门领域。多旋翼需要可靠的品质,这就意味着生产商需要源源不断的研发投入。因此,安全风险可控和具备广阔的消费群体的市场可以帮助厂家赚取合理的利润,进一步帮助产品提升质量。


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