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固定翼和多旋翼的区别

发布时间:2019-01-31 18:46:00人气:

  在了解固定翼无人机和多旋翼无人机的区别前,我们了解一下它们分别是什么。
  ​​固定翼无人机,主要靠延伸的机翼提供升力。
  ​机翼相对固定(后掠翼飞机是例外)。比如空客A380,波音747,各型后掠翼飞机等都是固定翼。
空客A380

波音747

后掠翼飞机

  多旋翼飞机现在一般指多旋翼无人机,主要靠各个机臂上的螺旋桨旋转翼产生升力,动力结构相对简单,飞行方式更加多样化。
多旋翼无人机结构原理图
  由于现在加入了飞控系统多旋翼直升机操作灵活多变容易上手,安全性也有一定的保障。现在多旋翼无人机主要通过机臂和动力单元来划分和区别,主要有四、六、八轴,三轴六桨,四轴八桨等。

四轴

六轴

八轴

  在固定翼无人机中一般大体可以分为电动和油动两种。
  ​电动的固定翼无人机是采用充电电池为动力源的,具有飞行无油污清洁省事,电池可反复充电使用节约环保的优势,电动的固定翼无人机另一大优势就是价格低,一般人都可以买的起。
  油动的固定翼无人机,采用发动机为动力,一般烧汽油、醇类、混合油等,动力强劲,飞行时间稍长些,从十多分钟到上百分钟不等。但油动的固定翼无人机价格较贵,一般好点的光一个发动机价格都在好几千块人民币左右。油动的固定翼无人机比较适合无人机发烧友去购买,普通无人机爱好者的买个电动的固定翼无人机就可以了。

盘式无刷电机
  下面,我们将从以下几方面来区分认识固定翼无人机和多旋翼无人机。

  一、续航时间
  从相同负载(Canon 5d markⅢ+Canon EF17-40MM f/4L usm)的续航表现来看绝大多数情况下固定翼无人机的续航时间是大于多旋翼无人机的。例如翼展2000mm以上的固定翼无人机续航可以在90分钟以上,而2000mm轴距的多旋翼无人机续航也就在30分钟左右。

  二、起飞场地
  起飞场地方面,固定翼无人机需要开阔场地或需要一段封闭的公路供飞机滑行起降。多旋翼无人机则可以垂直起降,只需要一块儿几平方米左右的空地就好。

  三、飞行环境
  从飞行环境方面两者都大同小异,都需要充分注意周边环境:勿在强风、雨天或夜晚飞行,勿在通风不畅或建筑物内飞行,勿在人多的地方飞行,勿在学校、住宅或医院近旁飞行,勿在公路铁道或电线近旁飞行,勿在有可能因其他航模飞机引起的无线电波频率干扰的地方飞行。

  四、相机挂载方式
  相机挂载方面,两者都可以分为硬挂和云台挂载两种。所谓的硬挂就是将相机直接和无人机飞行器主体相连接,通过飞行器本身的姿态变化来控制画面;云台挂载就是飞行器和相机之间由一个稳定器连接,在飞行过程中云台可以主动补偿飞机姿态的变化角度,从而使相机画面达到一个相对稳定的状态。

硬挂连接

零度z6000 red云台

  五、应用范围
  一般来说,固定翼无人机由于续航长负重大的优点一般用于电力巡线、高速公路单兵侦查、地震勘察、边境巡视、禁毒、管道巡检、洪涝灾害调查、深林火情检测、野生动物检测等;多旋翼无人机具有飞行灵活和空中悬停体积小等优点一般应用在电力巡线、战术侦察、地震勘察、边境巡视、影视航拍、管道巡检、武警消防、野生动物检测等。

  六、飞行原理
  固定翼无人机的飞行原理,前进靠的是发动机的动力带动螺旋桨旋转产生的向前牵引力或是喷气产生的向前推力。上升是根据伯努利原理,即流体(包括气流和水流)的流速越大,其压强越小;流速越小,其压强越大。
  飞机的机翼做成的形状就可以使通过它机翼下方的流速低于上方的流速,从而产生了机翼上、下方的压强差(即下方的压强大于上方的压强),因此就有了一个升力,这个压强差(或者说是升力的大小)与飞机的前进速度有关。
  当飞机前进的速度越大,这个压强差,即升力也就越大。所以飞机起飞时必须高速前行,这样就可以让飞机升上天空。当飞机需要下降时,它只要减小前行的速度,其升力自然会变小,以致小于飞机的重量,它就会下降着陆了。
  多旋翼无人机的飞行原理:如图a所示(沿Z轴),垂直运动时四轴飞行器最简单也是最容易实现的控制状态。保持电机M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8的转速相同,它们产生的扭矩刚好可以相互平衡,四轴不会发生水平面内的旋转,逐渐增大电机的转速,当产飞行器产生的升力可以克服自身的重力,飞行器就可以实现垂直向上运动;当升力与重力相等时,飞行器实现悬停;降低飞机的转速,飞行器垂直向下运动,直至降落。

图a

  俯仰运动
  在图b中,使动力轴d3、d4的转速上升,同时使动力轴d1、d2的转速下降。在这个过程中,动力轴d3、d4和d1、d2改变量应该大小相等。动力轴d3、d4和d1、d2产生的不平衡扭矩达到一定的时候,飞行器将绕x轴旋转。同理,动力轴d3、d4的转速下降,同时使动力轴d1、d2的转速上升,机身便绕y轴向另一个方向旋转,实现飞行器的俯仰运动。

图b
  滚转运动
  滚转运动和俯仰运动原理相同,区别在于一个是沿x轴,一个是沿y轴。效果如图c所示。

图c
  偏航运动
  四轴八桨飞行器的电机为上下两层,上层逆时针旋转,下层顺时针旋转,当它们转速相同的扭矩为零。当八个电机转速不完全相同时,不平衡的反扭矩会引起四旋翼飞行器转动。当上层电机的转速上升,下层电机的转速下降时,旋翼1和旋翼3对机身的反扭矩大于旋翼2和旋翼4对机身的反扭矩,机身便在多余反扭矩的作用下绕z轴转动,实现飞行器的偏航运动,转向与上层电机的转向相反。

  前后运动
  在图d中,大幅增加动力轴d3、d4转速,使拉力增大,同时小幅增大动力轴d1、d2转速,使相对拉力变小。按图中理论,飞行器首先发生一定程度的倾斜,从而使旋翼拉力产生水平分量,因此可以实现飞行器的前飞运动。向后飞行与向前飞行正好相反。当然在图b图c中,飞行器在产生俯仰、翻滚运动的同时也会产生沿x、y轴的水平运动。

图d
  倾向运动
  由于飞行器结构对称,倾向运动和前后运动只是方向不一样,原理完全相同。

  七、多旋翼无人机便携性
  由于多旋翼无人机机械结构相对简单,小巧轻便的特性赋予了它最快五分钟的准备和拆卸时间。一般收起来后的体积就是一个行李体积大小。

 
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