八一八：天佑武漢！無人機(jī)少蹭熱度，我們來聊聊飛行器“名字”的問題

昵稱m5Gu5 2020-02-04

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天佑武漢，天佑中國！大家在家好好休息，少聽謠言，無人機(jī)圈里的朋友少蹭熱度吧，無人機(jī)幫不上什么大忙。捐錢注意它的使用是否透明，捐物注意是否符合醫(yī)用標(biāo)準(zhǔn)，否則自己留著幫幫周圍的人也是不錯的。

最近一直在家追劇，沒法工作心情不太好，所以無心寫八一八，今天試試恢復(fù)狀態(tài)，寫一篇簡單的，還是想到哪聊到哪，我不認(rèn)為我會比較正確，習(xí)慣而已。

我曾經(jīng)在講課的時候聊過，21世紀(jì)無人機(jī)設(shè)計的發(fā)展可以概括為：傳統(tǒng)三劍客的沒落，與泛旋翼化的興起。傳統(tǒng)三劍客指的是傳統(tǒng)的固定翼無人機(jī)，無人直升機(jī)和無人飛艇；泛旋翼化指的是隨著多旋翼及其配套發(fā)展，直接導(dǎo)致各種布局與其融合，優(yōu)劣互補(bǔ)的設(shè)計新發(fā)展。不過，我發(fā)現(xiàn)，也就開始有人亂起名字了。

飛行器身上能看得見的那些零件的位置，與飛行器本身的叫法很多都有定論，大量所謂首創(chuàng)，發(fā)明，都是航空先驅(qū)們玩兒剩下的，什么“風(fēng)帆飛行器”、“滾筒飛行器”、各種真假“蝶形飛行器”（里面是多軸的是假飛碟）、滑流舵飛行器、滑流升力飛行器……不過因為當(dāng)時各種控制，動力，材料等技術(shù)跟不上，沒有流行開。而很多其實(shí)沒什么實(shí)用價值，你不知道就假裝自己首創(chuàng)，然后起個唬人的名字，這種情況十幾年來不絕于耳。連直升機(jī)，都要被叫做什么“單旋翼”，尾槳不算了？要做設(shè)計，建議先了解一下基本的發(fā)展史，別人用生命換來的成就你至少要尊重吧？沒有科學(xué)的態(tài)度，就不要做科研。

從最常見的固定翼說起，固定翼布局常見的幾種就是常規(guī)布局，鴨式布局和近代興起的三翼面。我們最常見的機(jī)翼在前，水平尾翼和垂直尾翼在后的布局就是“常規(guī)布局”，因為它各方面性能穩(wěn)定，用的多所以就叫了“常規(guī)”這個詞。常規(guī)布局的一大缺陷，水平尾翼純粹用于平衡，負(fù)升力有些浪費(fèi)，但是為了穩(wěn)定和安全我們普遍接受了。

當(dāng)然，如果把水平尾翼挪到前面不就可以是正升力了么？這就是鴨式布局。就能提升效率了，可是這帶來了重心配平，容易失速，垂直尾翼受渦流干擾等等一系列問題。而三翼面就是鴨翼和水平尾翼都在，算折中吧不多講了。

固定翼還有一個特別的分支：飛翼。從“飛翼”這個詞我們似乎應(yīng)該看到最簡潔的一段機(jī)翼在天上飛，但是因為控制難度大，真正的飛翼只有美國B2隱形轟炸機(jī)，其他我們玩兒的所謂“飛翼”都是利用機(jī)翼后掠，讓翼尖小翼放大來替代垂直尾翼的作用。B2這種“無尾”飛翼布局，對我們來說還是需要研究的。

固定翼的動力布置很重要，在前的叫做前拉式，在后邊叫做后推，這個好理解。左右的叫做“并列”，還有前后的叫做“串列”，當(dāng)然串列的還可以是多個機(jī)翼或旋翼。

機(jī)翼一般向左右兩側(cè)伸展的叫做平直機(jī)翼，但是因為載荷分布大多翼根寬翼尖窄叫做“梯形翼”，曲線過度的都習(xí)慣叫“橢圓翼”；翼根非常寬，翼尖縮小到成了一個尖的，叫做“三角翼”，這是中國空軍的最愛。一般為了穩(wěn)定性或者超音速激波延緩，而機(jī)翼向后展的叫做“后掠翼”，當(dāng)然也有前掠翼，不過因為不實(shí)用還沒量產(chǎn)。尾翼除了常規(guī)布局的倒T字形，還有無人機(jī)常用的“V尾”，也就是兩片尾翼V形布置，組合出俯仰和偏航控制，可以降低阻力，但是會損失機(jī)動性。

直升機(jī)常見的布局就兩種，常規(guī)布局就是一個主旋翼加一個尾槳，尾槳負(fù)責(zé)平衡主旋翼旋轉(zhuǎn)所需的反扭力矩，同時控制偏航，這也浪費(fèi)功率，但是穩(wěn)定。為了不浪費(fèi)，出現(xiàn)了共軸雙槳布局，就是兩個主旋翼對轉(zhuǎn)，相互抵消反扭，所以可以取消尾槳。但是因為高速時候旋翼變形方向是相互接近，所以體積很大，套筒軸周期變距機(jī)構(gòu)實(shí)在太復(fù)雜，目前量產(chǎn)機(jī)型非常少。當(dāng)然，還有一種更少的布局，前后雙旋翼，這叫做“串列式雙旋翼”直升機(jī)，左右雙旋翼叫做“并列式雙旋翼”直升機(jī)，產(chǎn)品太少就不多講了。旋翼最大的特征就是根據(jù)周期變距來控制飛行器，同時提供升力。因此，下面要講的所謂“多旋翼”其實(shí)名字并不準(zhǔn)確。

多旋翼是本世紀(jì)隨著控制器件和無刷電動力的發(fā)展才走出實(shí)驗室的一種飛行器。其被發(fā)明的時間其實(shí)并不晚，跟固定翼、直升機(jī)、自轉(zhuǎn)旋翼機(jī)都差不多的年代。不過因為控制復(fù)雜沒有實(shí)用。但是目前，卻因為結(jié)構(gòu)簡單而受到工業(yè)和民用環(huán)境的青睞。

其實(shí)，多旋翼的所謂“旋翼”與直升機(jī)旋翼，功能結(jié)構(gòu)都相去甚遠(yuǎn)，倒是跟固定翼的螺旋槳沒什么區(qū)別，所以“多旋翼”這個詞并不科學(xué)，叫做“多螺旋槳”又顯得啰嗦，還是民間叫法“多軸”飛行器比較好。目前，均勻分布四個、六個和八個“軸”的多軸飛行器都很常用，沒有統(tǒng)一的“常規(guī)布局”，但是幾個軸在相同平面均勻分布在一個圓上是最常見的設(shè)計，因此我們叫它們“常規(guī)四軸”、“常規(guī)六軸”、“常規(guī)八軸”，不均勻分布的習(xí)慣上叫做“非常規(guī)四、六、八軸”。其他多軸的名字就用軸數(shù)與槳數(shù)來稱謂，比如四軸八槳就是八個旋翼上下分布在四個臂上，每組兩個上下對轉(zhuǎn)的布局，還有三軸六槳，三軸四槳（前面兩個槳上下對置），六軸十八槳等等。

多軸飛行器還有一個特殊的旁支，就是部分槳能夠旋轉(zhuǎn)槳平面，起到控制作用。這種功能稍微復(fù)雜的“軸”，可以叫做“傾轉(zhuǎn)軸”或者“擺動軸”，區(qū)別是傾轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動范圍較大一般大于90度，可用于變換模態(tài)；而擺動則小范圍轉(zhuǎn)動只用于控制姿態(tài)。比如所謂的“常規(guī)三軸”飛行器，其實(shí)有一個槳帶有舵機(jī)能夠左右擺動。還有，我之前講過的那種BICOPTER，兩個軸都能擺動，有人叫他“雙旋翼”，現(xiàn)在大家應(yīng)該知道了這不準(zhǔn)確，應(yīng)該是帶有擺動螺旋槳的“并列式擺動雙軸”飛行器。

多軸飛行器與其他布局結(jié)合在一起設(shè)計，主要是為了簡化控制和解決垂直起降問題。統(tǒng)稱為“VTOL”，我習(xí)慣叫做垂直起降復(fù)合飛行器。常見的直接把四軸粘到固定翼上，有“四軸復(fù)合常規(guī)布局”，“四軸復(fù)合飛翼布局”等等。有一種只有兩個螺旋槳，擺動槳平面控制起飛降落，飛起來就整個飛機(jī)轉(zhuǎn)90度，進(jìn)入平飛模態(tài)的，習(xí)慣上叫做“尾座式”。當(dāng)然還有魚鷹這一類，叫做“傾轉(zhuǎn)旋翼”直升機(jī)，注意，因為魚鷹是周期變距控制，所以叫做“直升機(jī)”。而國內(nèi)絕大多數(shù)看起來像魚鷹的，其實(shí)是BIVOPTER復(fù)合固定翼，研發(fā)難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于魚鷹，其控制原理也不適合油動發(fā)動機(jī)，實(shí)用性基本上沒有，這種只能叫做“傾轉(zhuǎn)型并列兩軸復(fù)合常規(guī)固定翼”飛行器啦。

都講的差不多了吧，我們想想，萊特兄弟發(fā)明的飛機(jī)應(yīng)該怎么叫呢？——帶有機(jī)翼柔性控制的并列雙發(fā)鴨式布局飛行器——是不是瞬間高大上了呢？

源自：宇辰網(wǎng)無人機(jī)資訊

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