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四轴飞行器 (14744 views - Mechanical Engineering)

四轴飞行器又稱四旋翼、四轉子,是一种多轴飞行器,有四个旋翼来悬停、维持姿态及平飞。和固定翼飞机不同,它通过旋翼提供的推力使飞机升空。它的四个旋翼大小相同,分布位置接近对称。对于简单的设计来说,仅仅通过调整不同旋翼之间的相对速度来调节不同位置的推力,并克服每个旋翼之间的反扭力矩,就可以控制飞机维持姿态、或完成各种机动飞行。这一点和直升机不同,常见的直升机有两个旋翼,尾桨只起到抵消主旋翼产生的扭矩,控制飞机偏航运动的功能。 早期飞机设计中,四轴飞行器被用来解决旋翼机的扭矩问题。主副旋翼的设计也可以解决扭矩问题,但副旋翼不能提供升力,效率低。且使用尾桨的设计在结构上比使用多旋翼要复杂很多。因此四轴飞行器是最早的一批比空气重的垂直起降飞行器。但是早期的型号性能很差,难于操控和大型化。尤其是油门的控制难以做到精确和迅速。更加上传统的直升机构型在巡航时的效率要优于四轴飞行器。故此在直升机的技术问题得以解决后,四轴飞行器迅速从飞行器设计方式中销声匿迹了。 近来四轴飞行器在无人机领域获得了新生。隨著智慧型手機的發展,帶動電子陀螺儀、GPS、电传飞行控制系统的發展,並以及油门响应速度迅速的电动机作为动力系统,克服了四轴飞行器的主要缺点。四轴飞行器飞行稳定,操控灵活,可以在户内和户外使用。和直升机相比,它有许多优点:它的旋翼角度固定,结构简单。每个旋翼的叶片比较短,叶片末端的线速度慢,发生碰撞时冲击力小,不容易损坏,对人也更安全。有些小型四轴飞行器的旋翼有外框,避免碰撞。因为四轴飞行器體積小、重量輕,攜帶方便,能輕易進入人不易進入的各種惡劣環境。常用来制作模型,也用来執行航拍電影取景、實時監控、地形勘探等飛行任務。在2009年電影《三傻大闹宝莱坞》中,就有描述當時剛開始萌芽的多軸飛行器,其中男主角從垃圾桶撿回後來拍到學生慘劇的那部,便是四轴飞行器的一種。
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四轴飞行器

四轴飞行器

四轴飞行器又稱四旋翼、四轉子,是一种多轴飞行器,有四个旋翼来悬停、维持姿态及平飞。和固定翼飞机不同,它通过旋翼提供的推力使飞机升空。它的四个旋翼大小相同,分布位置接近对称。对于简单的设计来说,仅仅通过调整不同旋翼之间的相对速度来调节不同位置的推力,并克服每个旋翼之间的反扭力矩,就可以控制飞机维持姿态、或完成各种机动飞行。这一点和直升机不同,常见的直升机有两个旋翼,尾桨只起到抵消主旋翼产生的扭矩,控制飞机偏航运动的功能。

早期飞机设计中,四轴飞行器被用来解决旋翼机扭矩问题。主副旋翼的设计也可以解决扭矩问题,但副旋翼不能提供升力,效率低。且使用尾桨的设计在结构上比使用多旋翼要复杂很多。因此四轴飞行器是最早的一批比空气重的垂直起降飞行器。[1]但是早期的型号性能很差,难于操控和大型化。[2]尤其是油门的控制难以做到精确和迅速。更加上传统的直升机构型在巡航时的效率要优于四轴飞行器。故此在直升机的技术问题得以解决后,四轴飞行器迅速从飞行器设计方式中销声匿迹了。

飞行中的小型四旋翼飞行器

近来四轴飞行器在无人机领域获得了新生。隨著智慧型手機的發展,帶動電子陀螺儀GPS电传飞行控制系统的發展,並以及油门响应速度迅速的电动机作为动力系统,克服了四轴飞行器的主要缺点。四轴飞行器飞行稳定,操控灵活,可以在户内和户外使用。[3][4]和直升机相比,它有许多优点:它的旋翼角度固定,结构简单。[5]每个旋翼的叶片比较短,叶片末端的线速度慢,发生碰撞时冲击力小,不容易损坏,对人也更安全。有些小型四轴飞行器的旋翼有外框,避免碰撞。[6]

因为四轴飞行器體積小、重量輕,攜帶方便,能輕易進入人不易進入的各種惡劣環境。常用来制作模型,也用来執行航拍電影取景、實時監控、地形勘探等飛行任務。[7][8]在2009年電影《三傻大闹宝莱坞》中,就有描述當時剛開始萌芽的多軸飛行器,其中男主角從垃圾桶撿回後來拍到學生慘劇的那部,便是四轴飞行器的一種。

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参考资料

  1. ^ Leishman, J.G. Principles of Helicopter Aerodynamics. New York, NY: Cambridge University Press. 2000. 
  2. ^ Anderson, S.B. Historical Overview of V/STOL Aircraft Technology (PDF). NASA Technical Memorandum 81280. March. 
  3. ^ Hoffmann, G.M.; Rajnarayan, D.G., Waslander, S.L., Dostal, D., Jang, J.S., and Tomlin, C.J. The Stanford Testbed of Autonomous Rotorcraft for Multi Agent Control (STARMAC) (PDF). In the Proceedings of the 23rd Digital Avionics System Conference. Salt Lake City, UT: 12.E.4/1–10. November 2004. (原始内容 (PDF)存档于2007-06-26). 
  4. ^ Büchi, Roland. Fascination Quadrocopter. ISBN 978-3-8423-6731-9. 2011. 
  5. ^ Pounds, P.; Mahony, R., Corke, P. Modelling and Control of a Quad-Rotor Robot (PDF). In the Proceedings of the Australasian Conference on Robotics and Automation. Auckland, New Zealand. December 2006. 
  6. ^ Hoffman, G.; Huang, H., Waslander, S.L., Tomlin, C.J. Quadrotor Helicopter Flight Dynamics and Control: Theory and Experiment (PDF). In the Conference of the American Institute of Aeronautics and Astronautics. Hilton Head, South Carolina. 20–23 August 2007. (原始内容 (PDF)存档于2010年8月13日). 
  7. ^ Arduino-based quadcopter. [2013-05-16]. (原始内容存档于2011-12-11). 
  8. ^ UAVP-NG based quadcopter


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Mechanical Engineering

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