復(fù)合翼無人機(jī)最常見的動力布局是四個升力旋翼,再配一個推進(jìn)螺旋槳,這個技術(shù)鼻祖來源于美國Latitude Engineering 公司(現(xiàn)已被L3系統(tǒng)公司收購)的專利技術(shù)Hybrid Quadrotor(混合四旋翼)。在實際應(yīng)用中,各種特殊應(yīng)用的需求導(dǎo)致了多種布局形式的誕生,這里就對這些布局做個簡述。 1.共軸反轉(zhuǎn)多旋翼 共軸反轉(zhuǎn)直升機(jī)現(xiàn)在很多了,優(yōu)勢就是無需尾槳,所有功率都用于提供升力,效率高。復(fù)合翼上也有采用,可獲得類似效果。但是由于旋翼共軸反轉(zhuǎn)配置后,飛機(jī)航向控制能力相比四旋翼變?nèi)趿恕Mǔ?癸L(fēng)只能采取跟風(fēng)策略,即垂尾在氣流的作用下產(chǎn)生偏航力矩,帶動機(jī)頭指向來流的方向,并可利用推進(jìn)動力頂風(fēng)。如果在懸停中要具備機(jī)頭指向控制能力,并抵抗強(qiáng)風(fēng),也是可行的??罩锌蛙嚬镜腝uadcruiser QC11就給出了一種辦法。將上下旋翼均向內(nèi)或向外傾斜一定角度(是向內(nèi)傾斜還是向外傾斜,需要看旋翼的旋轉(zhuǎn)方向),一般是5-15°,這樣上下軸之間不再是共軸了,而是會有了10-30°的夾角,在大風(fēng)情況下,調(diào)整各旋翼的升力,升力分量將產(chǎn)生航向控制力矩,控制機(jī)頭轉(zhuǎn)向,抵抗側(cè)風(fēng)干擾。具體的角度需要根據(jù)旋翼轉(zhuǎn)動方向、干擾情況進(jìn)行設(shè)置。 圖 1 Airbus Quadcruiser QC11 2.共軸同向多旋翼 共軸同向在復(fù)合翼飛行器上除了提高升力外,有時候還會有額外好處,比如獲得更低噪聲、獲得更大的偏轉(zhuǎn)力矩(調(diào)整姿態(tài)和抗風(fēng)用)等。優(yōu)步的多種城市飛行器方案中有采用,但是該設(shè)計對氣動工程師要求挺高,搞不好就得不償失了。 優(yōu)步的eCRM-003有兩組升力旋翼是遠(yuǎn)離飛機(jī)重心的,目的是加大作用力臂,提高懸停抗風(fēng)能力和姿態(tài)改變能力。 圖 2 Uber Elevate eCRM-003 3.多扁擔(dān)形式 這個意思就是,平時復(fù)合翼就是兩根撐桿,而這類布局是多于兩根撐桿的,先看圖吧: 圖 3 Wisk Cora Wisk公司是微軟聯(lián)合創(chuàng)始人拉里佩奇的Kittyhawk公司與波音公司聯(lián)合創(chuàng)立的,開發(fā)了多種城市飛行器產(chǎn)品,包括Flyer、Cora、Heaviside;其中Cora是兩座的自動駕駛飛行器。Cora所有6組升力旋翼并非豎直,均設(shè)置有相應(yīng)的傾斜角度(見圖),尤其外面兩組離重心很遠(yuǎn),力臂大,這種布局在起降時抗風(fēng)和姿態(tài)調(diào)整能力是很強(qiáng)的,而相應(yīng)的,其巡航阻力就會大于只有兩根撐桿的飛機(jī)。不過對于該飛機(jī)的定位來講(只飛行30分鐘)無傷大雅。 圖 4 早期測試機(jī) 在早期的時候,Kittyhawk的驗證機(jī)(如上圖)是采用的緊湊型多旋翼,便于停放于車位,旋翼雖然都有傾斜角,但是力臂非常短,后來試飛也表明沒有足夠抗風(fēng)能力,這才有了Cora的誕生。 4.直列分布式 分布式動力的優(yōu)點非常明顯,就是系統(tǒng)簡單并有足夠的安全冗余。谷歌母公司Alphabet的 X Project Wing項目經(jīng)歷了多輪的迭代,最新的設(shè)計是開式撐桿上部署12個升力旋翼,機(jī)翼上兩個拉進(jìn)螺旋槳。由于這個無人機(jī)是要用于城市快遞,對于安全性可靠性要求更高,所以升力和推進(jìn)動力都是有冗余設(shè)計的。由于這個無人機(jī)都是短距離短時間飛行,升阻比并非優(yōu)先考慮,飛機(jī)采用小展弦比,其升力旋翼并非常見的兩葉槳,而是三葉或四葉的槳。機(jī)身前后均沒有推進(jìn)螺旋槳,便于某些自動化物流體系運行。在懸停遇到大側(cè)風(fēng)時,其12個螺旋槳中的8個(前后端)以及大間距的兩側(cè)推進(jìn)螺旋槳將能發(fā)揮極大的抵抗能力。 |
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