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如何看待电动多轴无人机续航性差的问题?

2016-11-06 09:48 性质:转载 作者:秦怡丁 来源:ZAKER
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这个问题其实还是很容易想明白的,就是市场需求和实现难度的一个耦合关系的权衡。如果按照phantom那25分钟的续航时间来对比,能不能做出续航时间...

这个问题其实还是很容易想明白的,就是市场需求和实现难度的一个耦合关系的权衡。

如果按照 phantom 那 25 分钟的续航时间来对比,能不能做出续航时间更加长的无人机呢?答案是可以的。但是这件事情最终做不做,以及怎么做,就不仅仅是工程问题了。

既然大家都要说固定翼的续航时间长,那就贴一贴算是国内比较高水平的飞机:

‘远征六号’系列无人机,两翼宽 8.1 米,机身长 4.7 米,个头儿是装配间最大的。它一次可以装 4 个油箱,飞行 30 小时以上。

嗯,固定翼飞机在气动设计良好好的状态下,多载点油是可以飞很久的,这方面我们国家做的应该不会比别人差。另外,在航模来说,也有出去飞电动滑翔机两三块电池飞一个下午的,甚至 DLG 或者是自由飞那种一下午就不怎么用电池的都有 ==。

那么问题来了,为什么不做 1h 续航时间的 phantom 呢?这里有几方面的原因吧。

首先是多旋翼模型就是不是一个合适长续航时间的模型。多旋翼模型相对于直升机模型来说,有效的桨盘面积太小,也就是相同起飞重量下,多旋翼的单位桨盘面积产生的升力应该大于直升机。当然这里说的直升机也应该是一个螺旋桨优化过的直升机,现在航模直升机的对称翼型主桨的效率也不很高。也就是说,多旋翼模型的水平截面下的有效升力面积变小了,要获取同样的升力,多旋翼的螺旋桨转的比同比直升机主桨快很多,或者是多旋翼的桨距比直升机主桨的悬停桨距要大一点点。所以这里就是一个需要细心考虑的地方,多大的桨,多高的工作转速。小的螺旋桨高转速的效率损失是十分明显的,20 寸以上的螺旋桨静拉力力效到 10g/W 的很多,但是更小的桨就少了。

另外一个方面就是,直升机的模型主桨转速基本保持不变,动态飞行过程中对于发动机的损耗也就小一些,而多旋翼模型是依靠多个螺旋桨的拉力和转动惯量的变化来进行控制的,要有足够快的控制响应,尤其是绕 z 轴旋转 yaw 的控制的时候,螺旋桨的转速改变需要很大,这一切都是以要牺牲效率作为代价的。这也就是为什么我们的筋斗云 S1000 的螺旋桨要有扭转,对于高效率的螺旋桨来说,牺牲的力效不是一点半点。而且每一次控制的时候转速改变都是在提高电池的输出。

用小桨距获得好的拉力效率还是用大桨距获得好的控制效率,这两者必须做出平衡。

这就涉及到,为什么不按照最大拉力来设计载重的多旋翼,因为在最大拉力下多旋翼的控制冗余已经没多少了。小的控制冗余带来的是极大的控制滞后和大大降低的环境适应能力。比如我们的 E800 动力套装,2100g 每轴的推力,也就是说一架 inspire 上糊几个砖头也能勉强离地,但是基本就没有控制的能力了。

这方面的冗余有多重要呢,一般经过仔细配置的多旋翼控制 yaw 的时候滞后大约 0.1 秒,超调量比较小,但是用小桨距的螺旋桨和较大的起飞质量的话,yaw 的超调十分明显,严重的会震荡起来。那些长续航时间的多旋翼的视频里面,飞机无外乎都是在比较小的机动和载荷比下完成的,想必也有这方面的因素。

在电池这方面,特斯拉使用的那款松下的 18650 3100mah 的锂电池的能量密度的确很高,但是放电倍率还是达不到多旋翼的要求,所以要装上小飞机也可以,就是会降低电池寿命和操作品质而已。

无人机是一个综合的系统,续航仅仅是其中很小的一个方面,而且对于大多数人来说,好的体验和满足感也会来自于续航之外的东西,比如说航拍的足够清晰稳定,比如说图传的清晰,比如说陪自己飞飞机的妹子有多可爱等等。综合下来,在消费级的产品上,续航是需要提升一个重要的方面,但是也是受到各种别的因素制约的方面,这也就是为什么做产品应该在所有方面进行提升,而不是只抓住续航一个方面。

至于非消费级市场,那就是另一个世界。懂得不多,也不敢乱说。

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