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为(wéi)何选(xuǎn)择多旋翼?

在操控性方面,多旋翼的操控是最简单(dān)的(de)。它不需要跑道(dào)便(biàn)可(kě)以垂直起降,起飞后可在空中悬停。它的操(cāo)控原(yuán)理简单,操(cāo)控器(qì)四(sì)个遥感操作对应飞行器(qì)的前后、左右、上(shàng)下和偏航方向的(de)运动。在自动驾(jià)驶(shǐ)仪方(fāng)面(miàn),多旋翼自驾仪(yí)控制方(fāng)法简单,控制器参(cān)数调节也很(hěn)简(jiǎn)单。相对而言,学习固定翼和直升机(jī)的(de)飞行不是(shì)简(jiǎn)单的事情。固定翼飞行场地要求开阔,而直升(shēng)机飞行过(guò)程(chéng)中会产生(shēng)通道(dào)间耦合,自驾仪控制器设计困难,控(kòng)制器(qì)调节也很困(kùn)难。

在可靠性方面,多旋翼(yì)也是表现最出色的。若(ruò)仅考虑机械(xiè)的可靠性,多旋翼没有活动部件,它的可靠性基本上(shàng)取决于无刷电机的可靠(kào)性(xìng),因(yīn)此可(kě)靠(kào)性较高(gāo)。相比(bǐ)较而言,固定(dìng)翼和(hé)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(kào)性下(xià)降。而且多旋翼能够(gòu)悬停,飞行范围(wéi)受(shòu)控,相对固定翼更安全(quán)。

在勤务性方(fāng)面,多旋翼的勤务性是最高的。因其结构简单,若电机、电(diàn)子调(diào)速器、电池、桨和机架损坏,很容易替换。而(ér)固定翼和直升机零件(jiàn)比较多(duō),安装也需要技巧,相对比较麻烦。

在续航性能方面,多旋(xuán)翼(yì)的表现明(míng)显弱于(yú)其他两款,其(qí)能量转换效(xiào)率(lǜ)低下。

在承载性能方面(miàn),多旋翼也是三者中最差的(de)。

对于这三种(zhǒng)机(jī)型,操控性(xìng)与飞机结构和飞行原理相关,是很(hěn)难(nán)改变的(de)。在可靠性和勤务性方面,多旋翼(yì)始终(zhōng)具备(bèi)优势。随着电池能量密(mì)度的(de)不(bú)断提升、材料的轻型化和机载设备的不断小(xiǎo)型化,多旋翼的优势将进一步凸(tū)显。因此,在大众市场,“刚性”体验最终(zhōng)让(ràng)人(rén)们(men)选择了多旋翼。

然而,多旋翼也有自身(shēn)的发展瓶颈(jǐng)。它(tā)的(de)运动和简单结构都依赖于(yú)螺旋桨及(jí)时的速(sù)度改变,以(yǐ)调整(zhěng)力和(hé)力矩,该方式不宜推广到更大尺寸的多旋(xuán)翼。第一,桨(jiǎng)叶尺寸(cùn)越大,越(yuè)难迅速改变其速度。正是(shì)因为(wéi)如(rú)此,直升机主要是靠(kào)改变桨距而不是速(sù)度来改(gǎi)变升力(lì)。第二,在(zài)大载重下,桨的(de)刚(gāng)性需(xū)要进一步提高。螺(luó)旋桨的上(shàng)下振动会(huì)导(dǎo)致(zhì)刚(gāng)性大的桨很(hěn)容易折断,这与我们平时来回折铁(tiě)丝(sī)便(biàn)可将铁丝(sī)折断同理。因此(cǐ),桨叶(yè)的(de)柔(róu)性是很重要的,它可以减少桨叶(yè)来回旋转对桨叶根部的影响。正因(yīn)为如此,为了减少桨叶的疲(pí)劳,直升机采用了一(yī)个容(róng)许桨叶在旋转过程中上(shàng)下运动的铰链(liàn)。如果要提供(gòng)大载重,多旋翼(yì)也(yě)需(xū)要增加(jiā)活动部件或加入涵道和整流片。这(zhè)相当于一个多旋翼含有多个直升机结构(gòu)。这样多旋翼(yì)的可靠性和维护性就会急剧下降,优势(shì)也就(jiù)不那(nà)么明显了(le)。当然,另一种增加多旋翼载重能力的可行方案便(biàn)是增加桨叶数量,增(zēng)至18个或32个桨(jiǎng)。但(dàn)该方式会极大地降低可靠性、维护性和续航性。

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