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行业科普|火星直升机为何不用四旋翼?

2021-04-29 09:05 性质:转载 作者:蜂巢航宇科技 来源:蜂巢航宇科技
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火星直升机已起飞 采用双旋翼四旋翼无人机很灵活 为何不用?地球上的直升机基本上分成是两大类:有尾桨的和没有尾桨的。有尾桨的直升机有一个单旋翼,然后再...

火星直升机已起飞   采用双旋翼

四旋翼无人机很灵活 为何不用?

地球上的直升机基本上分成是两大类:有尾桨的和没有尾桨的。

有尾桨的直升机有一个单旋翼,然后再加上一个尾部的螺旋桨。尾部螺旋桨是为了平衡主旋翼上的旋转力矩。

当然,还可以采取另外的方法来平衡这个旋转力矩,就是把主旋翼做成2个(或者4个),旋转方向相反,就可以省掉尾部的螺旋桨。

双旋翼的布置有两种方式,一种就是分开布置,还有一种就是共轴布置。

这种分开布置两个旋翼的挥动范围是重叠的,为了防止桨叶打在一起,专门有一个机械锁定装置。

除此以外,还有一种旋转轴的轴线完全重合,实际上是一个套筒结构,外侧的套筒转向和内侧的轴转向相反。

这种共轴双旋翼的直升机,以俄罗斯的卡系列最为著名,它的特点就是可以把直升机做得很短。

共轴双旋翼的布置有一个缺点,上下挥舞的这两个旋翼有可能会打到一起。一旦下旋翼桨叶往上翘,上旋翼的桨叶往下弯,就会打桨,直升机会立刻坠毁。

但是共轴双旋翼布置的直升机省掉了一个尾部的螺旋桨, 效率高,升力系数比较大。据前苏联的测试,在同样功率下,共轴双旋翼布置的直升机要比常规布置的直升机升力提高12%。

美国火星直升机的动力来源于太阳能电池,而且火星距离太阳比地球距离太阳要远,太阳辐射到达火星时,辐射强度只相当于地球上的43%。

所以火星直升机必须节约每一分功率,不能浪费,因此火星直升机就是采用这种共轴双旋翼的布局。

为了防止打桨,旋翼做成刚性的。火星直升机的旋翼看上去更像是飞机的螺旋桨,类似于鱼鹰垂直起降飞机那种形式。

美国国家航空航天局(NASA)的Ingenuity直升机

市面上大多数的商业无人机,都采用4个旋翼,理论上说美国的火星直升机也可以做成4个旋翼的。

四轴直升机的最大的特点就是灵活,因为它有4个升力点,自由度更高。而且这样布置最大的好处是对使用者比较安全,因为每一个旋翼的直径比较小。

直升机旋翼挥舞的时候,翼尖的线速度非常高,有可能会造成非常严重的伤害事故。

4轴直升机要频繁的和人接触,所以把它的旋翼做小,对于人体安全。

但是火星上是无人的,所以不必考虑到人员的安全性问题,而且4个电机比一个电机的出问题的概率要大。

除此以外,共轴双旋翼的螺旋桨安装高度高,起飞和降落的时候吹起的沙尘较少,对设备的磨损少。

火星空气的密度大概只相当于地球大气的1%,所以螺旋桨的转速必须很高、挥舞面积必须大,才能提供足够的升力。火星无人,这种对人员伤害的设计要素都可以不必考虑。

相比较于月球来说,火星的地形更加复杂,直升机可以跨越崎岖的地形。

共轴双旋翼,升力在重心之上,在目标上空悬停比四轴直升机要稳定的多。实际上,共轴双旋翼直升机在悬停稳定性上是所有直升机里面最佳的一种,而且我们要知道火星上虽然空气稀薄,但是毕竟还是有风的。

Ingenuity直升机于4月19日在火星上升空,在地球以外的世界上进行了有史以来的首次动力飞行。

Ingenuity重1.8公斤,高度48公分,双旋翼直径1.2米。

到4月27日,直升机已经进行了三次试飞,最后一次在空中悬停了80秒。

由于对重量控制很严格,直升机上只有摄像头,没有其他的设备。

毅力号火星车是火星直升机飞行活动的控制中心,地球和直升机之间的通信必须依靠毅力号火星车进行中继

火星直升机接下来的主要任务是在45公里长的杰罗泽古河道上,寻找可能存在的古代生命证据。

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