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固(gù)定翼类无(wú)人机(jī)飞行原(yuán)理

 

1.机身结构(gòu)

固定翼类无人机是最早(zǎo)出现的无(wú)人(rén)机机型(xíng)。常用的接收(shōu)机(jī)通(tōng)道名称依然沿(yán)用了固定翼遥控飞机(jī)中(zhōng)使用(yòng)的叫法:AIL-副(fù)翼;ELE-升(shēng)降(jiàng)舵;THR-油门;RUD-方向舵(duò);GRY-起落(luò)架等。这些名称在多旋翼或者其它(tā)类型(xíng)无人机中并不(bú)使用(yòng),但依然沿用这(zhè)类称(chēng)呼,足见(jiàn)固定(dìng)翼在无人机机型中的重要(yào)位置。

2.动力与姿态控制(zhì)

固定翼无人机的动力原理非常简单:动量守恒F=mv。一(yī)般可(kě)通过(guò)机(jī)身前部(bù)或者后部的螺(luó)旋桨推送空(kōng)气提供反向动力,同时在高空中借助气(qì)流飞(fēi)行与姿(zī)态调整。借助副翼,升降舵,方向舵提供无人机(jī)飞行需(xū)要的横滚(gǔn),俯仰,姿态(tài)力矩——其实(shí)从名称就可以一目了然地明确(què)控(kòng)制方法了。

3.起飞方式(shì)

传(chuán)统小中型固(gù)定(dìng)翼无人机由于机身尺寸和载重能力限制,一般不具备搭载过大的(de)动力系统的能力,因此需(xū)要借助外(wài)力起飞。传(chuán)统的手抛型无人机和(hé)弹(dàn)射型无人机(jī)都是借助外力起(qǐ)飞,这样的起飞方式使得固定翼无人机具备更多的负载空(kōng)间与负载能力,只要能够抛得动,弹得飞,等到(dào)天上(shàng)去就可以(yǐ)借助气(qì)流提供飞行。

垂直放置(zhì)机身的起飞模(mó)式使得固定翼具备了垂飞能力,但(dàn)由于完全依(yī)靠本身的定距桨提供升空动力,就必须(xū)增加旋(xuán)翼尺寸,减小固(gù)定翼无(wú)人机本身(shēn)的重量以及携带(dài)的设备重(chóng)量。往往一个旋翼还不够,需要(yào)至少两个旋翼提供动力,但无人(rén)机(jī)机身尺(chǐ)寸有限制,安装部位也受限制,导致彼此距离很近,旋翼间容易产生比(bǐ)较大(dà)的气(qì)流(liú)影响,难以(yǐ)保证垂直(zhí)飞行或者垂直定点的稳定性。在机(jī)身(shēn)改变飞行模式(垂飞变固定翼巡(xún)航(háng))时是一个非(fēi)线性过程的线性化(huà)控制,此(cǐ)时对扰动,内部(bù)操(cāo)作都非常敏感。同时当转变为固定翼飞行模(mó)式后,强大的动(dòng)力又变得毫无(wú)必要,徒(tú)然提升了能量耗损。

增(zēng)添垂飞旋翼系统(tǒng)的设计(jì)方式(shì)同样使得固定翼无人机(jī)具备(bèi)了(le)垂直起(qǐ)飞能力,因为(wéi)是(shì)布局在机身的平(píng)面上(shàng),空间比较(jiào)宽裕,可以通过(guò)多(duō)个小旋翼拉大彼(bǐ)此间距,在提供足够升空动(dòng)力(lì)的前提下避免旋翼间扰流。同(tóng)时在飞行模式变(biàn)化(huà)上可以(yǐ)直接切换,无需增(zēng)添额(é)外的(de)中间过程。但垂直旋翼系统意味着要增加(jiā)额外的(de)动力元件——发动机或(huò)者(zhě)电机。而这类元件在小型(xíng)无(wú)人机系统(tǒng)中既需(xū)要挤压(yā)机身内部(bù)安装空(kōng)间(jiān)也需要固(gù)定翼让出一部分载重(chóng)能力。同时当垂飞(fēi)变为(wéi)巡航,也就是切换回(huí)固定(dìng)翼模(mó)式后,这(zhè)几个旋翼(yì)将变为彻底的累赘。

4.不同使(shǐ)用(yòng)者(zhě)选择

传统的固定(dìng)翼无人(rén)机在没有电(diàn)源(yuán)时具备天然的(de)滑翔能力,对驾驶与技术失误的“鲁(lǔ)棒性”更强,可以在电量(liàng)较(jiào)低时携带(dài)更大(dà)载(zǎi)重,飞(fēi)行(háng)更远距离。但对于需要精确悬停(tíng)的飞行任务而言,固定(dìng)翼就不(bú)好使(shǐ)了(le),因为——它没办(bàn)法定点悬停,只能围绕着某点进(jìn)行圆周盘旋飞行。

对(duì)于航拍职业人士,固(gù)定翼无人机不适合(hé)定(dìng)点拍(pāi)摄某(mǒu)一对象。但对(duì)于拍摄城市(shì)高空景观,风景区高空景观等(děng)等,这类飞行时间长,拍摄高度高,气流环境比(bǐ)较复杂(zá),携带设备比较(jiào)多的任务是(shì)非常合适(shì)的选择。而且(qiě)在冬(dōng)天,电(diàn)池性能非常(cháng)不稳定(dìng),多旋翼无人机每(měi)个(gè)飞行动作都需要动力维持,此时50%的电量提(tí)示等于告诉你“快点返航”,而固定翼飞机在空中只需要对(duì)一个(gè)定距桨提供动力,甚至借(jiè)助本身的滑翔能力,在动力完全(quán)所剩(shèng)无几的(de)情况下只需(xū)提供舵机姿态控制,具备“比较平稳”的降(jiàng)落控(kòng)制能(néng)力,保证了(le)设(shè)备(bèi)的安全使用。

对于(yú)地理测(cè)绘(huì),电力巡检,农业植保,这(zhè)类任务传统就时常采用的(de)小型固定翼载人飞机完成,而固定(dìng)翼无人机同样具(jù)备高(gāo)空飞行,长时(shí)间续航以及强大的载重能力(lì)。同时固定(dìng)翼机型容易(yì)进行气动(dòng)设计与机(jī)身(shēn)结构创(chuàng)新,能够(gòu)根据不同任务提供多种(zhǒng)产品设计,而无需将精(jīng)力分散到类似多旋(xuán)翼的动力环节上。

对于航(háng)模爱好者而(ér)言固定翼无人机(jī)机身选择多种多样,可以彰显个性,并且(qiě)很容易进(jìn)行内部系统设计。组装,飞行,操控都非常容易上手。

目前,我国民用无(wú)人机生产单位逐步壮大,初步估计(jì)约有150多家(jiā),已生产了15000余(yú)架无人机(jī)。比如位于昆明市滇新路569号附1号(hào)的昆明劲鹰无人机专业从事航测无人机设备的(de)设计、生产、销售和航(háng)测航拍(pāi)服务(wù),是中国技术顶尖的航测航拍无人机设(shè)计制造及航飞服务商,开发研制出劲鹰(yīng)1型汽(qì)油航测航拍无人机、劲(jìn)鹰2型垂直(zhí)起飞固定翼无人机、劲鹰(yīng)3型可垂(chuí)直(zhí)起飞悬停固(gù)定翼无人机(jī)、劲(jìn)鹰650航拍专用飞行器、劲鹰1000型八轴航拍航测无人机、劲鹰(yīng)1600大型载重旋翼(yì)飞(fēi)行(háng)平台和(hé)劲鹰S1型汽油航测航拍水(shuǐ)上无人(rén)机等多(duō)种型号的无(wú)人机(jī),并成功到(dào)非洲飞行完成航测任(rèn)务,拥有为民用、商用航(háng)空领(lǐng)域提供优质服务的能力和实力。

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