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垂直起降固定翼无人机的优点 多旋翼和固定翼无人机各自有哪些优缺点

来源:朵拉利品网  |  2020-04-04 03:57:44

1, 多旋翼和固定翼无人机各自有哪些优缺点



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。
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。
然而,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。(劲鹰无人机)

2, 多旋翼无人机和固定翼无人机相比有什么优点?



这个是分情况的,要从不同的角度来分析
首先从性能和操控上来说
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。
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。
再从市场需求方面来说
比如军用无人机,几乎没有多旋翼什么事;多旋翼在民用上应用多一些,第一,多旋翼相对便宜一些,第二,由于有飞控控制,使得操作变得非常简单,飞行很稳定,如果配上好的飞控,可以使多旋翼变得非常强大,甚至没玩过航模的人都能得心应手,特别是在航拍领域,多旋翼异军突起,在很多电视节目也有应用;第三,国产的多旋翼发展很快,例如DJI,中云图无人机都还不错。
望采纳,谢谢@!

3, 固定翼飞机和直升飞机都各有哪些优势,都各有哪些缺点?



1.什么是多旋翼
多旋翼飞行器是一类通过多个定距桨(螺旋桨)正反旋转与转速控制提供飞行器升力与飞行器姿态调整。这样的定义方式使我们准确了解多旋翼飞行器的旋翼结构、升力来源、姿态控制方式。
2.多旋翼飞行器一般结构
任何飞行器都可以分为三个部分:控制器,执行器,反馈环节。控制器包括飞控,接收机;执行器包括电调,直流电机,定距正反桨;反馈环节就是传感系统,一般包括两大类:飞行器姿态传感系统,外部环境感知系统。
3.多旋翼飞行器控制原理
四旋翼飞行器正反桨两两成对,分别向不同方向旋转,平衡扭矩并向旋翼“下方”推送气流。通过成对变化定距桨旋转速度,调整入流量来实现飞行器姿态控制。
一般而言,四旋翼飞行器有两种飞行模式,上面介绍的是X型控制结构,也是当下使用较多的控制方式。除此之外还有十字型,两者原理大同,细节小异。
至于八旋翼,十六旋翼甚至更多,都是通过成对正反桨平衡扭矩,提供升力,调整姿态。
4.多旋翼飞行器特点
多旋翼机型确实降低了商品无人机的门槛。然而在很多飞行器设计师的眼中多旋翼飞行器是一个非常“奇怪”的存在,它的缺点实在非常多,却因同样具有非常鲜明的优点而成为当下无人机市场的宠儿。
优点
从飞行器操作者的角度来看,多旋翼是完美(简单)的被控对象(虽然它还是非线性,非最小相位系统)。
多旋翼飞行器可以很容易产生统一方向的气流推送,因此具备优秀的VOTL能力与定点悬停能力,而这是一般固定翼飞机望尘莫及的。
同时对称的旋翼布局使得其操控简单直接,姿态调整时只需成对改变旋翼转速,就可提供非常“直接”的姿态力矩。而其它旋翼机则一般会有一个复杂的动力学过渡过程(这样描述其实很不专业,却比较容易理解),增加了炸鸡以及飞行器周围人员的风险,对操作者的控制要求提升了很多。
而且多旋翼飞行器的姿态变化方式使得该机型直接采用定距桨,相比于直升机的变距桨在机械设计结构,控制难度,实现成本,姿态平稳方面都有很大提升。
一句话:多旋翼飞行器使得飞行变得简单
缺点
从飞行器设计者的角度来看多旋翼飞行器却是—“无比丑陋”的。
首先,其气动效率非常糟糕。固定翼是上帝为飞行生物设计的完美的飞行器结构。固定翼在空中可以借助气流产生升力,姿态变换通过“借力”实现(还是要有执行器控制相应的机械结构,但省“力”很多),螺旋桨或者喷气发动机只提供额外飞行速度。而多旋翼需要安装与旋翼数相同的电机来提供升力,在飞行过程中完全没有办法借助空气动力。姿态变化,飞行速度全部来自于机载动力,自身能量消耗巨大,效率之低令人发指。
这也是为什么在讨论翼型时基本都是关于固定翼和直升机的,多旋翼的定距桨也就是谈一谈扭矩,旋翼尺寸和电机选择方面的匹配罢了。
其次,在机动性方面,直升机型飞行器机动速度与飞行包络都明显优于多旋翼飞行器,如果在机动过程中充分考虑直升机机身与主旋翼之间的作用力耦合,并在控制算法中巧妙地加以利用则可以增强直升机的机动性,降低能耗。但对于多旋翼而言,机动过程既不美观也不经济。
最后,当多旋翼飞行器“大型化”也就是Scale number(尺寸系数)上升后,意味着需要提供更大的升力从而要求更大尺寸的定距桨,这不但面临着更大动力模块的难题,同时众多大尺寸旋翼在一个平面中旋转会使实际控制变更加困难。
一句话:多旋翼飞行器使得飞行变得没品质。
任何一种飞行器结构都必然存在自己优缺点,换句话说,留给爱好者和设计者的空间是很大的,无人机在飞行器控制方式和结构设计中蕴藏着巨大的创新潜力。相信以后可以看到越来越多奇妙、美丽、高效的飞行器设计结构。(劲鹰无人机)

名词解释


旋翼

该词条首先对旋翼概念进行了介绍,并分别对四种具体的旋翼铰接式旋翼、无铰式(固接式)旋翼、半无铰式(半固接式)旋翼、无轴承式旋翼进行了分析和比较。

飞行器

飞行器(flight vehicle)是在大气层内或大气层外空间(太空)飞行的器械。飞行器分为3类:航空器、航天器、火箭和导弹。在大气层内飞行的称为航空器,如气球(部分)、飞艇、飞机等。它们靠空气的静浮力或空气相对运动产生的空气动力升空飞行。在太空飞行的称为航天器,如人造地球卫星、载人飞船、空间探测器、航天飞机等。它们在运载火箭的推动下获得必要的速度进入太空,然后依靠惯性做与天体类似的轨道运动。 是由人类制造、能飞离地面、在空间飞行并由人来控制的在大气层内或大气层外空间(太空)飞行的器械飞行物。在大气层内飞行的称为航空器,在太空飞行的称为航天器。

 
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