油動多旋翼其實(shí)是比傳統(tǒng)直升機(jī)歷史更悠久的一種結(jié)構(gòu)。直升機(jī)的歷史也可以追溯到一架油動四旋翼上:1907年,法國Breguet兄弟制造了第一架四旋翼式直升機(jī)。
隨后因?yàn)闄C(jī)械效率、安全性等種種原因直升機(jī)取代了多旋翼。而多旋翼的再度興起則是在最近的幾年隨著電動機(jī)、鋰電池、GPS和陀螺儀的發(fā)展,是電子技術(shù)讓電動多旋翼成為可行而經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的一種無人機(jī)方案。
可是如大家所知受制于電池的能量密度電動多旋翼的續(xù)航時間是捉襟見肘的。業(yè)內(nèi)專業(yè)人士表示:電池越重飛行的耗電量也就越大,所以增加電池并不能增加電動多旋翼的續(xù)航時間;而且各家所使用的電池都半斤八兩,掛載任務(wù)載荷的電動多旋翼的續(xù)航時間都在30分鐘以內(nèi),想要更漂亮的參數(shù)只能靠嘴吹。
腦洞大開的人們
然而這個世界上最不缺腦洞大開的人,尤其在飛行這個領(lǐng)域,無論是發(fā)明風(fēng)箏的墨子、坐火箭上天的萬戶、還是騎著內(nèi)燃機(jī)飛的萊特兄弟,想飛翔的人腦洞都不會太小。果然現(xiàn)在又有瘋子or天才嘗試把多旋翼換上燃油動力,讓其有更持久的續(xù)航。
有一些人嘗試用比較穩(wěn)妥的油電混合方案:
最開始是德國airstier公司推出了一款油電混合無人機(jī)Yeair!,續(xù)航1小時。這是用油機(jī)來發(fā)電,然后當(dāng)電動多旋翼控制。
除此之外還有一種簡單疊加方案,深圳艾特航空的ATUAV。業(yè)內(nèi)人士分析其是以共軸反轉(zhuǎn)的燃油機(jī)提供主要升力;而電動多旋翼來控制穩(wěn)定。
油電混合比較穩(wěn)妥,但是客觀上需要攜帶油動和電動兩套動力系統(tǒng),結(jié)構(gòu)重量變大。所以有一些瘋子or天才開始投入研制更加簡單粗暴的方案:油動直驅(qū)多旋翼!
如之前所述油動直驅(qū)多旋翼的歷史已經(jīng)比較悠久,受限于當(dāng)時的機(jī)械與控制技術(shù)其效果很不盡如人意。
然而隨著科技的進(jìn)步,人類的智慧確實(shí)變得亙古未有的強(qiáng)大。正如萬戶的火箭飛行以悲劇收場,但尤里·加加林們和楊利偉們真的坐火箭去外太空瀟灑了一圈一樣。曾經(jīng)難以駕馭的“油動變距四旋翼”現(xiàn)在真的飛了起來。非常幸運(yùn)的是環(huán)球無人機(jī)頻道有幸采訪到了它的創(chuàng)造者:遼寧天行健科技有限公司,采訪到了董事長曹兵。
油動變距多旋翼是何方神圣?
曹總向環(huán)球無人機(jī)頻道介紹說:這款油動四旋翼采用四臺獨(dú)立的德國二沖程汽油發(fā)動機(jī)驅(qū)動,為了克服油機(jī)響應(yīng)慢的缺點(diǎn)所以并不像電動多旋翼那樣調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速,而是使用了定速變距螺旋槳技術(shù),通過控制和直升機(jī)一樣的四個變矩器來調(diào)節(jié)四個螺旋槳的升力。每個變矩器由一臺舵機(jī)控制。
4臺德國制造13.9千瓦的燃油發(fā)動機(jī)讓這架多旋翼的最大起飛重量可以達(dá)到175公斤,可以掛載燃油和任務(wù)載荷總共80公斤。這是絕非電動多旋翼可以與之同日而語的。
然而談到續(xù)航時曹總也承認(rèn):多旋翼的機(jī)械效率遠(yuǎn)比傳統(tǒng)直升機(jī)要低,其一小時的耗油量約為25升。作為對比,120公斤級的活塞式油動直升機(jī)一小時的耗油量只有6-10升。
靠譜否?
無人機(jī)最核心的是飛控(自動駕駛儀),讓一個一百多公斤又裝滿汽油的金屬血滴子在天上飛,對飛控的可靠性有著很高的要求。談到飛控,曹總表示:這架油動變距四軸的飛控是天行健公司自主研發(fā),為了提高可靠性采用了三余度設(shè)計(jì),減少飛控出bug的概率。
環(huán)球無人機(jī)頻道又咨詢了幾位無人機(jī)行業(yè)內(nèi)的其他專家,他們對油動變距四旋翼都持比較謹(jǐn)慎的態(tài)度。業(yè)內(nèi)人士表示:油動多旋翼失去了多旋翼的優(yōu)勢。多旋翼最大優(yōu)勢是簡單,所以上手快易普及。變距要增加很多機(jī)械結(jié)構(gòu),不如搞直升機(jī),直升機(jī)效率高;
飛控方面的專家則對其飛行安全性不太放心:一方面其沒有反扭矩,極限條件下容易失控;一方面油機(jī)的響應(yīng)速度慢、不確定因素也多,飛行的震動有可能改變油針等調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的狀態(tài);另一方面其控制邏輯與眾不同,其飛控系統(tǒng)的穩(wěn)定性仍需要時間的檢驗(yàn)。
除此之外,專家們也提出了些建議:在多旋翼中四旋翼的機(jī)械效率比較高、參數(shù)比較漂亮。但工業(yè)級無人機(jī)為提高可靠性一般選擇六旋翼或八旋翼,這樣可以允許單臺發(fā)動機(jī)故障。不過八旋翼的機(jī)械效率又太低,所以建議用六旋翼,這樣可以取得安全與性能間的平衡。
優(yōu)勢何在?
然而上述業(yè)內(nèi)的專家們對這種“大逆不道”的設(shè)計(jì)雖然指出了種種的問題,卻都樂見其成,他們都說:萬一好用呢?
誠然油動變矩四旋翼有這樣那樣的挑戰(zhàn),但優(yōu)勢也是值得肯定的。天行健的曹總表示:油動變距多旋翼雖然比電動多旋翼復(fù)雜,但是比傳統(tǒng)直升機(jī)仍然簡單。最大起飛重量175公斤、可以全自主飛行的無人直升機(jī)售價動輒以百萬計(jì)算;而這款油動變距四旋翼的售價不超過100萬,效費(fèi)比還是很高的。
業(yè)內(nèi)的無人機(jī)飛控專家說:傳統(tǒng)直升機(jī)的控制原理極其復(fù)雜,其主旋翼工作起來具有陀螺儀的性質(zhì)——定軸性和進(jìn)動性,主旋翼的運(yùn)動不但很不好控制,而且其方向也與作用力呈90度角。所以即使是加拿大MicroPilot這樣的老牌飛控廠家也只在第二代產(chǎn)品才敢支持控制直升機(jī)。用四旋翼來搞定油動無人機(jī)說不定可以成為一種彎道超車的方式。
這是怎樣的一個圈子?
俗話說“同行入冤家”,然而非常有意思的是天行健的同行們,甚至是對油動變距四旋翼并不看好的同行們也拒絕做出太過激烈的批評,每每指出些問題后還總在強(qiáng)調(diào)自己的話不一定對。或許我們可以透過這一架油動變距四旋翼的背后看看這個新興的行業(yè)、看看這個特別的圈子。
一位無人機(jī)飛控專家對環(huán)球無人機(jī)頻道說:工業(yè)級無人機(jī)的圈子非常小,打開微信朋友圈會發(fā)現(xiàn)各個工業(yè)級無人機(jī)公司的技術(shù)人員之間都來回留言。
行業(yè)的商務(wù)人員也都表示圈子?。何磥頇C(jī)遇與挑戰(zhàn)并存,大家的體量都不夠大、產(chǎn)品線也都不夠長,工業(yè)級無人機(jī)企業(yè)需要抱團(tuán)取暖。所以同行之間都很開放也很友好。
工業(yè)級無人機(jī)企業(yè)的決策層也同樣顯得都很有胸襟:無人機(jī)是未來經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)升級的重點(diǎn),前景廣闊;但是現(xiàn)在的市場仍不夠成熟,需要同行們一起努力才能把這個小眾市場做大。
由此看來工業(yè)級無人機(jī)行業(yè)是個特別的行業(yè),機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。各家都在努力與摸索;各家亦都有各家的問題?;蛟S最后還是那句話:
無人機(jī)創(chuàng)新不易,且創(chuàng)且珍惜。
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