无人机
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新出现的无人飞行器类型

无人机原本是作为军方使用的高端武器而存在的,但是,由于无人机技术的飞速发展,无人机的民用化在短短几年中就已经初具规模。相比于军方使用了多年的固定翼无人机,民用的四旋翼无人机无疑是一种新兴的无人机类型。

中国大疆创新科技研制的“精灵”1型四旋翼无人机

比利时无人机厂商AltiGator研制的XENA-8F四旋翼无人机

四旋翼无人机和固定翼飞机不同,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。相比于固定翼飞机要考虑到空气动力学、机翼结构、发动机等诸多要素,四旋翼无人机仅仅通过调整不同旋翼之间的相对速度就能调节不同位置的推力,并克服每个旋翼之间的反扭力矩,从而控制飞机维持姿态或完成各种机动飞行。

悬停状态

四个旋翼分为两组,当转速相同时,相互之间抵消的反扭力令飞行器能够在空中悬停。

变向飞行

当其中一组旋翼以更高的速度运行时,反扭力之间的平衡被打破,飞行器开始转向。

爬升高度

其中一个旋翼加速运行,其他三个旋翼则以略低的速度匀速运行,飞行器的飞行高度就能逐渐爬升。

实际上,四旋翼这一概念并不新鲜,早在20世纪20年代,就已经出现了采用四旋翼设计的飞行器。不过,当时的四旋翼是在研制直升机的过程中出现的,发明家们希望通过四旋翼结构制造出能够垂直起降的飞行器。1923年,就已经出现了名为“飞行章鱼”(Flying Octopus)的四旋翼飞行器,当时被称为最早的直升机。但是,其性能很差,操作也非常复杂,尤其是油门的控制难以做到精确和迅速。随着之后直升机的研制成功,四旋翼飞行器便销声匿迹了。

“飞行章鱼”,美国陆军航空队(美国空军前身)1923年进行的四旋翼直升机计划中研制的一款四旋翼飞机。

近年来,四旋翼飞行器在无人机领域获得了新生。随着智能手机的发展和普及,带动了电子陀螺仪、GPS、电传飞行控制系统的发展,并以油门响应速度迅速的电动机作为动力系统,克服了四旋翼飞行器的主要缺点。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,四旋翼无人机有许多优点: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,可避免磕碰。

无人机小知识

军用和民用四旋翼无人机

军用无人机的种类很多,四旋翼无人机也是其中一种。不过,军用四旋翼无人机虽然在外形上与民用差别不大,但是在抗电子干扰、指控时间、载荷能力、通信等方面均优于民用无人机。比如,民用四旋翼无人机通常仅能飞行十几到数十分钟,而军用机型则至少具备数小时的滞空能力。