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  • 四旋翼飞行器研究关键技术

    2016-02-17 16:44:23
    微小型四选一飞行器是一种电动的、能够垂直起降(Vertical Take-off and Landing ,VTOL)多旋翼式遥控/自主飞行器。它在总体布局形式上属于非共轴式碟形飞行器,与常规旋翼式飞行器相比,其结构更为紧凑,能够产生更大的升力,并且4只旋翼可相会抵消反扭力矩,不需要专门的反扭矩桨。
            早在1907年,Breguet Richet 就让世界上第一架四旋翼飞行器的发展一直都比较缓慢。近年来,随着新型材料、微机电(Micro-Electro-Mechanical Systems, MEMS)、微惯导(Miniature Inertial Mwasurement Unit, MIMU)以及飞行控制等技术的进步,微小型四旋翼飞行器得到了迅速发展,逐渐成为人们关注的焦点。
    微小型四旋翼飞行器特别适合在近地面环境(如室内、城区和丛林等)中执行监视,侦察等任务,具有广阔的军事和民用前景;与此同时,它还是火星探测无人飞行器的重要研究方向之一;另外,新颖的外形、简单的结构、低廉的成本、卓越的性能以及独特的飞行控制方式(通过控制4只旋翼的转速,实现飞行控制)使其对广大科研人员具有很强的吸引力,成为国际上新的研究热点。
           目前世界上存在的四旋翼飞行器基本上都属于微小型无人飞行器,一般可分为三类:遥控四旋翼飞行器、小型四旋翼飞行器以及微型四旋翼飞行器。
           遥控四旋翼飞行器的典型代表是美国Draganflyer Ⅲ(图左)和香港银辉(Silverlit)玩具制品有限公司研制的X-UFO(图右)。
            Draganflyer Ⅲ是一款世界著名的遥控四旋翼飞行器,主要用于航拍。机体最大长度(翼尖到翼尖)76.2cm,高18cm,质量481.1g;旋翼直径28cm,质量6g;有效载荷113.2g;可持续飞行16~20min。Draganflyer Ⅲ采用了碳纤维和高性能塑料作为机体材料,其机载电子设备可以控制4个电机的转速。另外,还使用了3个压电晶体陀螺仪进行姿态增稳控制。
            X-UFO机体最大长度68.5cm,高14cm;持续飞行时间约5min;遥控距离可达100m。X-UFO的旋翼被置于发泡聚丙烯(EPP)制成的圆环中比Draganflyer Ⅲ有更好的安全性。
            迄今为止,微小型四旋翼飞行器基础理论与实验研究已取得较大进展,但要真正的走向成熟与实用,还面临着诸多关键技术的挑战。