以目前常见的电动的固(gù)定翼、直升机和多(duō)旋翼为(wéi)例比(bǐ)较(jiào):
1、在操控性方面,多(duō)旋翼(yì)操控是最简单(dān)的。
它(tā)不需要跑道便(biàn)可以垂直起降,起飞后可在空中悬停。它(tā)的操(cāo)控原理简单,操控器四个遥(yáo)感操作对应飞行器的(de)前后、左右、上下和偏航(háng)方向的运动。在(zài)自动驾驶仪(yí)方 面,多旋翼(yì)自驾仪控制方法简单,控制器参数调节也(yě)很简单。相对(duì)而言,学习固定翼(yì)和直升机的飞(fēi)行不(bú)是简单的(de)事情。固定翼飞行场地要求开阔,而直升机飞行过(guò)程 中会产生通道间耦合(hé),自(zì)驾仪控制器设计困难,控(kòng)制器调节也很困难(nán)。
2、在(zài)可(kě)靠性方(fāng)面,多旋翼也是表(biǎo)现(xiàn)最出色的(de)。
若仅考虑机械(xiè)的可靠(kào)性(xìng),多(duō)旋(xuán)翼没有活动部(bù)件(jiàn),它的可靠性基本(běn)上取决(jué)于无刷电机的可靠(kào)性,因此可靠性较高(gāo)。相比较而言,固定翼和直升机有活(huó)动的机械连接部(bù)件,飞行过程中会产生(shēng)磨损(sǔn),导致可(kě)靠性(xìng)下降(jiàng)。而(ér)且多旋翼能够悬停,飞(fēi)行范围受控,相对固定翼更安全。
3、在勤务性方面,多旋翼的勤务性是最(zuì)高的(de)。
因其结构简单,若电机、电子调(diào)速器、电池、桨和(hé)机架损坏(huài),很容易替换。而固定翼和直(zhí)升机(jī)零件比较多,安装也(yě)需要技巧(qiǎo),相对比(bǐ)较麻(má)烦。
(1)桨叶尺寸越大,越(yuè)难迅(xùn)速改变其速度。
正是因(yīn)为如(rú)此,直升机主要(yào)是靠(kào)改变桨距而不是速度来改变升力。
(2)在大载重下,桨的刚性需要进(jìn)一步提高(gāo)。
螺旋桨的上下振动会(huì)导致刚性大的桨很容易折(shé)断,这与我们平时来(lái)回折铁丝(sī)便(biàn)可将铁丝(sī)折断同理。因(yīn)此,桨叶的柔性是很重要的,它可以减(jiǎn)少桨(jiǎng)叶来回旋转(zhuǎn)对桨叶(yè)根(gēn)部 的影响。正因为如此,为了减少桨(jiǎng)叶(yè)的(de)疲劳,直升机采用了一个容(róng)许桨叶在旋(xuán)转(zhuǎn)过程中上下运动的铰链。如果要提供大载重,多旋翼也(yě)需要增加(jiā)活动部件或加入涵(hán)道(dào) 和整流片。这相当(dāng)于一(yī)个多旋(xuán)翼含有(yǒu)多个直升机结构。这(zhè)样多旋翼(yì)的可(kě)靠性和维护性就(jiù)会急剧下降,优(yōu)势也就不(bú)那(nà)么明显了(le)。当然,另一(yī)种增加(jiā)多旋(xuán)翼(yì)载重(chóng)能(néng)力的(de)可 行方案便是增(zēng)加桨(jiǎng)叶数量,增至18个或32个桨。但该方式会极大(dà)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小型多(duō)旋翼(yì)。
在(zài)续(xù)航性能方面,多旋翼(yì)的(de)表现也明显弱于固定翼,其(qí)能量转(zhuǎn)换效(xiào)率低下,目前(qián)解决(jué)多(duō)旋翼的续航问题,主要有四(sì)种方式:
①新型电(diàn)池(chí):比如最近风头(tóu)正热的氢燃(rán)料电池(chí),国内外已经有(yǒu)公(gōng)司进行投入使用,2015年(nián),来自加拿(ná)大蒙特利尔的EnergyOr技术有限公司采用(yòng)燃料电池(chí)的四旋翼进(jìn)行了2小时12分钟续航(háng)飞行(háng)。此外,石(shí)墨烯、铝空气、纳米点(diǎn)这(zhè)三项电池技术将成为(wéi)未来电池(chí)世界的三大奇兵。这些(xiē)新兴材(cái)料如果能(néng)运用(yòng)到多旋(xuán)翼上可以对续(xù)航能力有一个大大(dà)的(de)提(tí)升。
②混合动力:这个大家(jiā)了解较多,在此不赘述。
③地面供电(diàn):通过电缆(lǎn)将电能(néng)源源不断输(shū)送(sòng)给多旋翼,专业术(shù)语称(chēng)系留无人机(jī)。
④无线充电:来自德国柏林(lín)的初创公司(sī) SkySense在无人机户外充电方(fāng)面提供(gòng)了一(yī)种解决方案,他们研(yán)发(fā)出一块可(kě)以为无人机进行无线充电(diàn)的平板。如果能(néng)够缩短充(chōng)电(diàn)时间,那么无线充(chōng)电技(jì)术(shù)将(jiāng)会极大地帮助多旋翼进行长途飞行。
④自动机场:可以(yǐ)自动(dòng)换电池,替(tì)代飞手精密操控。
对于这(zhè)三种机型,操控性与飞机结构和飞行原(yuán)理相(xiàng)关,是很难改(gǎi)变的。在可(kě)靠(kào)性和(hé)勤务(wù)性方面,多旋(xuán)翼始终具备优势。随着电池能(néng)量密度的不(bú)断提升、材料的(de)轻型化(huà)和机(jī)载设备的不断(duàn)小型(xíng)化,多(duō)旋翼的优(yōu)势将进一步凸显。因此,在(zài)大众市场,“刚性”体验最终让人们选择了多旋翼。

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