垂直起降固定翼无人机原理 实现四旋翼无人机垂直起降的难点在哪

2020-04-04 03:57:31 来源：朵拉利品网

1, 实现四旋翼无人机垂直起降的难点在哪

倾转旋翼飞机是固定机翼和直升飞机的结合体，可旋转的螺旋桨安装在机翼端部；其螺旋桨旋转面平行于水平面，就可以像直升机一样起飞；在空中一点高度时慢慢旋转螺旋桨旋转面和水平面的角度，就可以产生水平力使飞机产生水平方向个运动，达到一定速度时其升力完全由机翼产生。
其可以像直升机一样起飞、降落、悬停、转向、侧飞、倒飞，又可以像固定翼飞机一样完全由机翼产生升力平飞；
特点是像直升机一样可以不需要跑到就可以起飞降落，可以不需要跑道，速度比直升机快；但速度不如固定翼飞机，且需要一套复杂的旋转旋翼的机构。代表机型有美国V-22鱼鹰。
垂直/短距起降飞机一般指通过涡轮发动机改变喷气方向可以垂直起降，又能靠机翼产生升力平飞的飞机，多为舰载机。其垂直起降是通过改变喷气发动机的喷管的喷气方向实现的，即垂直向下喷气；平飞的时候发动机喷管向后喷气提供水平推力。
特点是对起降场地要求不高，甚至可以不需要跑道，适合在甲板是起降；早期的垂直/短距起降飞机速度都不高，最新的F-35可以超音速飞行；但其同样有一套复杂的喷气转向和升力风扇/升力发动机机构，F-35虽然弥补了在机动性和速度上的不足，但航程和载弹量还不能和同等重量级别的普通作战飞机比，特别在垂直起降时非常耗油。
代表机型有前苏联的雅克-38，英国的“鹞式”，美国的F-35。
两种飞机都能实现垂直起降，不同的是采用不同的发动机和升力/推进系统，所以速度和机动性能不同，也就决定了它们的使用用途不同。前者使用的螺旋桨推进，相比速度慢，机动性差，但载重更大，同为军用机多用于运输、救援；后者使用喷气发动机推进，相比速度快，机动性好，多用于作战飞机。

2, 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）

名词解释

喷气

喷气，意为“气体/气流”。

升力

升力，就是向上的力。 使你上升的力。 有很多种了。一般都是说在空气中。 也就是向上的力大于向下的力，其合力可以使物体上升。 这个力就是升力。升力的成因较复杂，因为要考虑实际流体的粘性、可压缩性等诸多条件。大多用的是库塔儒可夫斯基定理，它是工程师计算飞机升力最精确的方法。具体内容就是由绕翼环流导致升力，产生了上下压力差，这个压力差就是升力 (Y)，升力和向后的诱导阻力（d）合成为空气动力（R）。流过各个剖面升力总合就是机翼的升力。升力维持飞机在空中飞行。

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