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三种飞行器性能对比

 

1、固定(dìng)翼(yì)(fixed wing)。平时(shí)坐的波音747空客(kè)A380,还有F-16-15之类的都是固定翼(yì)飞机。顾名思义(yì)就(jiù)是翅膀形状固定,靠流过机翼的风提供升力。动(dòng)力系统包括桨和助推(tuī)发动机。固(gù)定翼根据机翼尺(chǐ)寸(cùn)的不(bú)同(tóng)还有很(hěn)多小(xiǎo)的分类,在此不细说。固定翼飞(fēi)行器的优(yōu)点(diǎn)是在三类飞行器里续(xù)航时间最长(zhǎng)、飞行效率最高(gāo)、载(zǎi)荷最大,缺点是(shì)起飞的时候必(bì)须要助(zhù)跑,降落的时候(hòu)必须要滑行。固定翼是自稳(wěn)定系(xì)统,简(jiǎn)单说就是固定翼飞(fēi)上天(tiān)、助推(tuī)发动(dòng)机稳定(dìng)工作之后,不需要怎(zěn)么控制,固定翼就(jiù)能自己抵抗气流的干扰(rǎo)保持稳(wěn)定。此外(wài)对于飞行器姿态控制来说,固定翼是完整(zhěng)驱动系统(tǒng),意思是它在任何姿态(tài)下(xià)可以调(diào)整(zhěng)到任何姿态,并且保持住这个姿态(tài)。

2、直(zhí)升机(helicopter)。特点(diǎn)是靠一个或者两个(gè)主旋翼提(tí)供升力。如果只有一个主旋翼(yì)的话,还必须要有一个小的尾翼(yì)抵消主旋(xuán)翼产生(shēng)的自旋力。为了(le)能往前后左右飞,主旋翼有极其(qí)复(fù)杂的机械结构,通(tōng)过控制旋翼桨面的变化来调整升力(lì)的(de)方向。动(dòng)力系统包括发动机、整套复杂的桨调节系统、桨。直升机的优点(diǎn)是(shì)可以垂直起降(jiàng),续(xù)航时(shí)间比较中庸,载(zǎi)荷也比较中(zhōng)庸。缺点是极其(qí)复杂的机械结构导(dǎo)致了比较高的(de)维护成本。直升机是不稳定系统,飞上天之后如果不施加控(kòng)制,一阵风吹来就翻了。不过还好(hǎo)的是,直(zhí)升机也是完整驱动系(xì)统(tǒng),可以自由调整姿态。这是因为直升机的桨面不但可以(yǐ)产生(shēng)相对机身向上的推力,也(yě)可以产(chǎn)生相(xiàng)对机身向下的推力。而且直升机没有失速的(de)问题(tí),什么时候都能调(diào)整姿态,可以在天上如散步一般自由运动。所以直升机虽然不(bú)稳定(dìng)、很难控(kòng)制好,但是姿态翻了的(de)时候完全可以控制回到正常(cháng)的(de)姿态(tài)。

3、多旋翼(multi-rotor)。四个或(huò)者(zhě)更多(duō)个旋翼的直升(shēng)机(jī),也能垂直(zhí)起降,但(dàn)是通常只有直升机叫直升机,多旋翼就叫(jiào)多旋(xuán)翼,而不叫多旋翼直升机。四旋翼特(tè)别叫做quadrotor。多旋翼机(jī)械结构非常(cháng)简(jiǎn)单,动力系统只需要(yào)电机直(zhí)接连桨就行。下图是直升(shēng)机的动力系(xì)统结构,再下(xià)图(tú)是多(duō)旋翼(yì)的动力系统结构。不懂机械的人也(yě)能看出多旋翼简单得多。多旋(xuán)翼(yì)的优点是机械简单(dān),能垂直(zhí)起降,缺点是续航时间(jiān)最短,载荷也最小(xiǎo)。多旋翼是不稳定系统(tǒng),也不是完整驱动系(xì)统(tǒng)(或(huò)者(zhě)叫欠驱动系统)。它的桨只能产生相对机(jī)身向(xiàng)上的升力(lì)。所(suǒ)以它不稳定、很难控(kòng)制好,飞(fēi)行器翻过来(lái)之后基(jī)本没办法控制回来,就坠机了(le)。

上述飞行器作为系统有(yǒu)稳定不稳定、驱动(dòng)完整不(bú)完整(zhěng)的区别,所以固(gù)定(dìng)翼和直升机让人控(kòng)制难度相对不高;多旋翼让人来控制难度相对高(gāo),最好有自动(dòng)控制(zhì)器来(lái)控制飞行器的(de)姿态。对于自动控(kòng)制器,固定翼的自动控制器比较好做,直升机(jī)和(hé)多(duō)旋翼的自动控制(zhì)器比较难(nán)做(zuò)。让事情更加难办的是,飞行器(qì)自动控(kòng)制器通常需要(yào)惯性导航系统获取自身的(de)姿态,而在20世纪90年代之前,惯性(xìng)导航(háng)系统一般是十几公斤的(de)大铁疙瘩。为了把这么重的东西放到(dào)一个多旋翼飞行器上(shàng),飞行器的载荷必须(xū)很大,可是人们发现,不管是用油机还是电机做(zuò)多(duō)旋翼飞(fēi)行器(qì)的(de)动力系统,都很难得到足够的载(zǎi)荷。同时,因为固定翼和直升机已经很够实际使(shǐ)用了,所以没有人愿(yuàn)意多花功(gōng)夫(fū)去(qù)研(yán)究(jiū)多(duō)旋翼飞行(háng)器这个棘(jí)手的问题。很长(zhǎng)一段时(shí)间里,只(zhī)有美国一些(xiē)研发性(xìng)的项目做出(chū)了多旋翼飞(fēi)行器的(de)样机。

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