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固(gù)定翼类无(wú)人(rén)机飞行原理

 

1.机身结构

固定(dìng)翼类无人机(jī)是(shì)最早出(chū)现的无(wú)人机机型。常(cháng)用的接收机通道名称依然(rán)沿用了固(gù)定翼(yì)遥控飞(fēi)机中使用的叫(jiào)法:AIL-副翼;ELE-升降舵;THR-油门;RUD-方向舵;GRY-起(qǐ)落架等(děng)。这些名称在多旋翼或(huò)者其它类型无人机中(zhōng)并不使用,但依然沿用这类称(chēng)呼,足见固定翼(yì)在无人机机型中的(de)重要位置。

2.动力(lì)与姿(zī)态(tài)控制

固定翼无人机的动力原理非常简单:动量守恒F=mv。一般可通过机身前部或者后部(bù)的螺旋桨(jiǎng)推送空气提供反向动力(lì),同(tóng)时在高空(kōng)中借助气流(liú)飞行与姿态(tài)调整。借助(zhù)副翼,升降舵,方向舵提供无人机(jī)飞行需(xū)要的横(héng)滚,俯仰,姿态力矩——其实从名称就可(kě)以(yǐ)一目了(le)然(rán)地明确控(kòng)制方法了(le)。

3.起飞方式(shì)

传统小中型固定翼无人机(jī)由于(yú)机身尺寸和载(zǎi)重(chóng)能力限(xiàn)制,一般不具备搭(dā)载过大的(de)动力系统的(de)能力,因此需要借助外力起飞。传统的(de)手抛型(xíng)无人机和(hé)弹(dàn)射型无人机都是借助外力起飞(fēi),这样(yàng)的起飞方式使得固定翼无(wú)人机具备更多的负载空间与负(fù)载能(néng)力(lì),只要能够抛得动,弹得飞,等到天上去就可以借(jiè)助气(qì)流提(tí)供(gòng)飞行(háng)。

垂直放置机身的起飞模(mó)式(shì)使得固定翼具备(bèi)了垂飞(fēi)能(néng)力,但由于完全依靠本身(shēn)的定(dìng)距桨提(tí)供升(shēng)空(kōng)动(dòng)力,就必须增加(jiā)旋翼尺寸,减(jiǎn)小固定翼无人机本身的重量以及携(xié)带的(de)设备重量。往往(wǎng)一个(gè)旋翼还不够,需要至少(shǎo)两个旋翼提供动力,但无人(rén)机机身尺寸有限制(zhì),安装部位也受限(xiàn)制,导(dǎo)致彼(bǐ)此(cǐ)距离很近,旋翼间容(róng)易产生比较大(dà)的气流影响,难以保证(zhèng)垂直飞行或者(zhě)垂直定(dìng)点的稳定(dìng)性。在(zài)机身改变飞行模式(shì)(垂飞变固定翼巡航)时是一个(gè)非线性过程的线性化控(kòng)制,此时对扰动,内部操(cāo)作都(dōu)非常敏感。同(tóng)时当转变为固定(dìng)翼飞行模式(shì)后,强大的动力又变(biàn)得毫无(wú)必要,徒然提升了(le)能量(liàng)耗损。

增添垂飞旋翼系统的设计(jì)方式同(tóng)样(yàng)使得(dé)固定翼(yì)无(wú)人机具备了垂直起飞能力,因为是(shì)布局在机身的平面上,空间比较(jiào)宽裕(yù),可以通过多个小旋翼(yì)拉大彼此间(jiān)距,在提供足够(gòu)升(shēng)空动(dòng)力的前提下避免(miǎn)旋翼间扰(rǎo)流。同时在飞行模式变化上可以直接切换,无需增(zēng)添额外的中(zhōng)间过程。但垂(chuí)直旋翼系统意(yì)味着要增加额外的动力(lì)元件——发动机或者电机。而这类元件(jiàn)在小型无人机系统中既需要挤(jǐ)压机身内部安装空间也需要固定翼让出一部(bù)分载重(chóng)能力。同时当垂飞变(biàn)为(wéi)巡航,也(yě)就是切换回(huí)固(gù)定翼(yì)模式后(hòu),这几个旋翼将变为(wéi)彻底的累(lèi)赘。

4.不同使用者选择

传(chuán)统的固定翼无(wú)人机在没有电(diàn)源(yuán)时(shí)具备天(tiān)然的滑翔能力,对驾驶(shǐ)与技术失(shī)误(wù)的“鲁(lǔ)棒性(xìng)”更强,可以在(zài)电(diàn)量较低时携带更大载重,飞行更远距离。但对于需要精确悬停(tíng)的飞行(háng)任务而言,固定翼就(jiù)不好使(shǐ)了,因为——它没办法定(dìng)点悬停,只能(néng)围绕(rào)着某点进行圆(yuán)周盘旋飞行。

对于航(háng)拍职(zhí)业人士,固定翼无(wú)人机不适合定点拍(pāi)摄某一对象。但对于拍摄城市(shì)高空景(jǐng)观(guān),风景区高空(kōng)景(jǐng)观等等,这类飞行时间长,拍摄高度高,气流环境比(bǐ)较复杂,携带(dài)设备(bèi)比较多的(de)任务是非常合适(shì)的选择(zé)。而且(qiě)在冬天,电池性能非常不稳定,多旋翼(yì)无(wú)人机每个(gè)飞行动作都需要动力维持,此(cǐ)时50%的电量提示等(děng)于(yú)告诉你“快点返航”,而(ér)固定翼飞机(jī)在空(kōng)中只需要对一个定距桨提供动力,甚至借助(zhù)本身的滑翔能力,在动力完全所剩无几的情况下只需提(tí)供舵机姿态控制,具备“比较(jiào)平稳”的降落控制能力,保证(zhèng)了设备(bèi)的安(ān)全使用。

对于地(dì)理测(cè)绘,电力巡检(jiǎn),农业(yè)植保,这类(lèi)任务传统就(jiù)时常(cháng)采(cǎi)用的(de)小型(xíng)固定翼载人(rén)飞(fēi)机完成(chéng),而固定翼无人(rén)机(jī)同样(yàng)具备高空(kōng)飞行,长时(shí)间续航以及强大的载(zǎi)重能力。同时固定翼机型容(róng)易(yì)进行(háng)气动设计与机(jī)身(shēn)结构创新,能够根(gēn)据(jù)不同任(rèn)务提供多种产品设计(jì),而无(wú)需将精力分散到类似多旋翼的动(dòng)力环节上。

对(duì)于航模爱好者而言固(gù)定翼无(wú)人机机身选(xuǎn)择多(duō)种多样,可以彰显个性(xìng),并且很容易(yì)进行(háng)内部系统设计(jì)。组装,飞(fēi)行(háng),操控都非常容易上手。

目前,我国民用(yòng)无人机生产单(dān)位逐(zhú)步壮大,初步估计约有150多家,已生产了15000余架无人机。比(bǐ)如(rú)位于昆明市(shì)滇新路569号附1号的昆明劲鹰无人机(jī)专业从事航(háng)测无人机设备(bèi)的设(shè)计、生产、销售和(hé)航(háng)测航拍服务,是(shì)中国技术顶尖的航测航(háng)拍无人机设计(jì)制(zhì)造及航(háng)飞服务商,开发研(yán)制出(chū)劲鹰1型汽油航(háng)测航拍无人机、劲鹰2型(xíng)垂直起(qǐ)飞固定翼无人机、劲鹰3型(xíng)可垂直起飞悬停固定翼无人(rén)机、劲(jìn)鹰(yīng)650航拍专用飞行器(qì)、劲鹰1000型八轴航拍航测无人机、劲鹰(yīng)1600大(dà)型载重旋翼飞行(háng)平台和(hé)劲鹰S1型汽油航测航拍水上无(wú)人机等多(duō)种型号的(de)无人机,并(bìng)成(chéng)功到(dào)非洲飞行完成(chéng)航测任(rèn)务,拥有为民用、商(shāng)用(yòng)航空(kōng)领域提供优(yōu)质服务的能力和实(shí)力。

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