四旋翼無人機發(fā)展這么過年,無論在技術程度還是產品形態(tài),都已經十分成熟,早就已經是民用無人機的主流形態(tài),而這幾年一種新形態(tài)的無人機,在市場上似乎開始初露頭角,那就是雙旋翼無人機。
對于雙旋翼無人機更高效這一論題,其實早有人在討論,當然論述的出發(fā)點不一,大多數(shù)人對于這一論題最直接的看法就是“只是因為少了兩個旋翼”,實際情況當然不只這么簡單。
要談無人機的效率問題,首先要知道影響無人機效率的兩個重要因素——能量(或“力”)和消耗。
任何物體的運動一定是基于在有效的“力“的作用下才能產生。如果在消耗恒定的情況下,雙旋翼無人機,在少了兩個旋翼動力的情況下,想要起飛,必須要有足夠的力支撐。具體原理相信大概了解無人機朋友都會清楚,這里就不再贅述。
這個問題其實很好解決——將槳葉做大!相同轉速下,槳葉越大,力越大。
我們再說消耗,也就是對能量或力的消耗。影響無人機能量消耗的主要因素主要在兩個方面,首先是無人機飛行時重量產生的重力、其次是飛行時遇到的氣流阻力。
雙旋翼無人機因為減少了電機數(shù)量,首先在機身重量上得到了降低;另外再加上減少了另兩個旋翼的動力消耗,使其整體的消耗大幅度降低。
四旋翼無人機靠四個旋翼同時相互反方向轉動,通過相互力的抵消,保證飛機有足夠力進行向上運動的同時,最重要的是要維持飛機的穩(wěn)定和平衡,對比雙旋翼無人機,消耗也會更大。
雙旋翼無人機既能保證更加充足的動力,又降低了整體的飛機消耗,進而整體效率得到了提升。對無人機使用者來說,也會更節(jié)省無人機的能量,續(xù)航時間也會更長。
但是雙旋翼無人機想要方向飛行,或旋轉運動,僅僅靠增大槳葉是沒用的。因此可以在雙旋翼的基礎上,采用傾轉舵面結構設計,靠旋翼的輕微傾轉來進行方向飛行。
雙旋翼無人機向前飛行時,槳面向前傾轉,在飛行中的無人機可以將升力快速轉化成向前的牽引力,雙旋翼無人機效率會更高,加速度也會更快。轉彎時,依靠舵機差動控制,可以借助升力分量轉彎,可以有更多的力用在轉角力上,轉彎速度也會更快,飛行會更加靈活。
回到效率這一論點上,雙旋翼對比四旋翼無人機,在方向運動或旋轉運動時,有更充足的力用在方向運動或旋轉運動上,因此效率會也會更高。
總結一下,雙旋翼無人機因為獨特優(yōu)勢的旋翼結構,讓其更有效率,帶來的最直接的好處就是在續(xù)航和機動性上,帶來更多優(yōu)勢,會給無人機的發(fā)展和應用空間,帶來更多可能。
那么雙旋翼既然這么香,為什么主流還是四旋翼?原因有兩個:
第一、雙旋翼無人機的飛控算法非常復雜,不僅要考慮旋翼的控制,還要結合舵機傾轉等方面的協(xié)調;
第二、快速成長的無人機市場,四旋翼在成本和穩(wěn)定性上會更可控,開創(chuàng)一個新的形態(tài),這個對于廠商而言成本太高了,同樣能賺錢,當然還是選擇更穩(wěn)妥的方式,不過這也導致了,無人機市場似乎出現(xiàn)了一點內卷化的趨勢。
不過,早在2019年底、2020年初,一家叫零零科技的公司曾率先發(fā)布過一款傾轉舵面雙旋翼結構的無人機,不久前極飛也發(fā)布的雙旋翼的農業(yè)植保無人機,我們似乎也看到了這種更高效雙旋翼的星星之火,終于閃現(xiàn)出了微弱的星光。
至于未來究竟如何,我們可以一起期待。
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