多旋翼無(wú)人機的諸多優(yōu)點(diǎn)使它在無(wú)人機b端市場(chǎng)前景被看好，但也面臨著(zhù)許多的問(wèn)題，在電力巡航、物流運輸、消防、植保等領(lǐng)域電動(dòng)無(wú)人機的載重及續航時(shí)間成為制約其發(fā)展的重要因素。此時(shí)，燃油動(dòng)力多旋翼無(wú)人機憑借其大載重與長(cháng)航時(shí)的優(yōu)點(diǎn)為b端市場(chǎng)帶來(lái)曙光。

 

 

常見(jiàn)的油動(dòng)多旋翼無(wú)人機有四旋翼、六旋翼、八旋翼，多旋翼其最大特點(diǎn)就是具有多對旋翼，并且每對旋翼的轉向相反，用來(lái)抵消彼此反扭力矩。

 

多旋翼無(wú)人機在飛行過(guò)程中需要不斷地調整各個(gè)旋翼產(chǎn)生的升力來(lái)保持飛行姿態(tài)的平穩。常用改變升力的方式有兩種。一種是發(fā)動(dòng)機轉速恒定，通過(guò)調整螺旋槳的螺距改變升力，稱(chēng)為變槳距方式；另一種是螺旋槳的螺距恒定，通過(guò)調整發(fā)動(dòng)機轉速改變升力，稱(chēng)為調速方式。兩種方式各有什么特點(diǎn)呢？

 

變槳距，也稱(chēng)為變距、調距：優(yōu)點(diǎn)是響應速度快。缺點(diǎn)是需要復雜的機械結構來(lái)調整槳距，造價(jià)成本高，維護費用也高。

 

調速，也稱(chēng)為變轉速、變速。優(yōu)點(diǎn)是機械結構簡(jiǎn)單，調速多發(fā)直驅方式無(wú)傳動(dòng)結構，發(fā)動(dòng)機直接驅動(dòng)螺旋槳。造價(jià)成本較低，維護費用低。缺點(diǎn)是響應速度較慢。

 

常見(jiàn)油動(dòng)多旋翼能源提供方式有純油動(dòng)和油電混合兩種類(lèi)型。純油動(dòng)按控制方式又可分為上面所說(shuō)的油動(dòng)變槳距和油動(dòng)調速；油動(dòng)變槳距又可細分為單發(fā)傳動(dòng)和多發(fā)傳動(dòng)；常見(jiàn)的油動(dòng)調速只有多發(fā)直驅類(lèi)型。油電混合常見(jiàn)的只有調速控制方式一種，又可分為油發(fā)電和油加電兩種。

 

 

 

采用一個(gè)發(fā)動(dòng)機提供動(dòng)力，通過(guò)復雜的傳動(dòng)結構將動(dòng)力傳到各旋翼并改變旋轉方向。各旋翼轉速相同，以調整螺旋槳螺距的方式改變升力保持姿態(tài)平穩。

 

優(yōu)點(diǎn)：發(fā)動(dòng)機數量少，發(fā)動(dòng)機的維護工作量小。響應速度快。

 

缺點(diǎn)：發(fā)動(dòng)機動(dòng)力傳輸到各旋翼的傳動(dòng)機械結構復雜，各旋翼又需要獨立的變槳距機械結構，導致機械結構非常復雜，機身整體重，制造成本高，機械維護難度大，總體維護費用高。

 

 

采用多個(gè)發(fā)動(dòng)機提供動(dòng)力，每個(gè)發(fā)動(dòng)機帶動(dòng)一個(gè)旋翼，各發(fā)動(dòng)機轉速相同，以調整螺旋槳螺距的方式改變升力保持姿態(tài)平穩。發(fā)動(dòng)機和旋翼之間需要傳動(dòng)結構?？梢允褂谜崔D發(fā)動(dòng)機，也可以只使用正轉發(fā)動(dòng)機，通過(guò)傳動(dòng)機構換向。

 

優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)結構簡(jiǎn)單，響應速度快。

 

缺點(diǎn)：發(fā)動(dòng)機個(gè)數多，發(fā)動(dòng)機維護工作量大。各旋翼又需要獨立的傳動(dòng)結構和變槳距機械結構，機械結構較復雜，機身整體重，制造成本高，總體維護費用高。

 

 

常見(jiàn)油動(dòng)調速多旋翼都是采用多發(fā)調速直驅方式，通常稱(chēng)為油動(dòng)直驅多旋翼。

 

油動(dòng)直驅多旋翼采用多個(gè)發(fā)動(dòng)機提供動(dòng)力，每個(gè)發(fā)動(dòng)機帶動(dòng)一個(gè)旋翼，旋翼螺距固定，通過(guò)調整發(fā)動(dòng)機節氣門(mén)控制轉速改變升力，旋翼直接安裝在發(fā)動(dòng)機的轉軸上，無(wú)需傳動(dòng)結構。

 

優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需傳動(dòng)結構、機械結構簡(jiǎn)單，零部件個(gè)數少、制造成本低，維護費用較低。

 

缺點(diǎn)：發(fā)動(dòng)機個(gè)數多，發(fā)動(dòng)機維護工作量大。機身整體較重，效率與響應速度一般。

 

 

油電混合多旋翼，按照動(dòng)力方式劃分 ，可分為油發(fā)電與油加電共同發(fā)電兩種。

 

 

油發(fā)電多旋翼是以單個(gè)發(fā)動(dòng)機提供動(dòng)力帶動(dòng)發(fā)電機發(fā)電，再以此電能驅動(dòng)各旋翼上的電機產(chǎn)生升力，無(wú)需配備動(dòng)力電池。各旋翼直接固定在電機轉軸上，無(wú)傳動(dòng)結構。

 

優(yōu)點(diǎn)：只消耗燃油，補充能源便捷。電機響應速度較快。

 

缺點(diǎn)：需要發(fā)動(dòng)機和發(fā)電機，機身整體較重，載重量較小。

 

 

油加電多旋翼一般以單個(gè)發(fā)動(dòng)機帶動(dòng)主旋翼提供升力，多個(gè)電動(dòng)旋翼調整姿態(tài)，需配備動(dòng)力電池。旋翼直接固定在電機或發(fā)動(dòng)機的轉軸上，無(wú)傳動(dòng)結構。

 

優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需發(fā)電機，無(wú)傳動(dòng)結構，機身整體較輕。電機響應速度較快。

 

缺點(diǎn)：需要添加燃油和攜帶動(dòng)力電池，補充能源不便捷。

 

 

以上各種方案基本都有成功首飛的案例。由于多發(fā)直驅方案具有機械結構簡(jiǎn)單，維護方便，載重量大等顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)，目前已有較好的商業(yè)應用。

 

其中，深圳常鋒信息技術(shù)有限公司全自主研發(fā)生產(chǎn)的天馬-1植保無(wú)人機搭載智能?chē)姙⑾到y，采用RTK定位技術(shù)、雙天線(xiàn)測向技術(shù)、厘米級雷達測高技術(shù)，具有載荷量大、噴灑精準、定位精度高、抗地磁干擾、仿地形飛行和全自主作業(yè)等特點(diǎn)，可大幅提高作業(yè)效率，降低作業(yè)成本。已在新疆等地推廣使用。

 

 

油動(dòng)多旋翼的發(fā)展趨勢主要在于兩方面，一個(gè)是發(fā)動(dòng)機，一個(gè)是旋翼。

 

電噴：電噴發(fā)動(dòng)機是采用電子控制裝置，取代傳統的機械系統（如化油器）來(lái)控制發(fā)動(dòng)機的供油過(guò)程。使用電噴發(fā)動(dòng)機具有省油、提升可靠性、提升響應速度及環(huán)境適應力等優(yōu)點(diǎn)。

 

啟發(fā)一體化：目前市場(chǎng)上的發(fā)動(dòng)機使用的電機有直流電動(dòng)機和帶有調節器的交流發(fā)電機，分屬啟動(dòng)系統和充電系統，分別固定在發(fā)動(dòng)機體上，安裝布置不方便，所需安裝空間大，零部件多故障率高。缺乏有效的監控控制器，發(fā)電效率不高，不能隨機械需求快速實(shí)現調速調節功率。啟發(fā)一體化就是啟動(dòng)系統和充電系統一體化，啟動(dòng)電機可作為發(fā)電機使用，具備發(fā)電功能。發(fā)電機啟動(dòng)一體化，可以降低成本，減輕機體重量，提升使用便捷性。

 

再說(shuō)旋翼機的發(fā)展。多旋翼無(wú)人機想在效率方面突破，就不得不考慮將固定翼的原理與優(yōu)缺點(diǎn)，與多旋翼相結合，從而得出更好的解決方案。

 

復合翼：采用固定翼結合多旋翼的復合翼布局形式，結合多旋翼可垂直起降，無(wú)需借助跑道滑行起飛的優(yōu)點(diǎn)，兼具固定翼無(wú)人機航時(shí)長(cháng)、速度高、距離遠的特點(diǎn)，有效提升效率。

提問(wèn)：

 

油動(dòng)多旋翼能有效解決電動(dòng)多旋翼的續航問(wèn)題嗎，目前推廣的最大攔路虎是什么？

 

油動(dòng)多旋翼解決的是載重和續航兩個(gè)問(wèn)題，或者說(shuō)是載重和續航的乘積（載重續航積），有些方案可以解決續航問(wèn)題，但是受限于功率密度，載重量無(wú)法顯著(zhù)提高，比如氫燃料電池。目前，油動(dòng)直驅多旋翼商業(yè)化推廣較好，實(shí)際使用中發(fā)動(dòng)機的環(huán)境適應能力是相對比較突出的問(wèn)題。

 

飛控對油機的控制如何實(shí)現較好的響應，具體在多旋翼上是怎么實(shí)現的？

 

不同的油動(dòng)多旋翼方案，飛控對發(fā)動(dòng)機的控制策略是不同的。響應速度對抗風(fēng)能力有影響，但是抗風(fēng)性能涉及多個(gè)因素，可以通過(guò)其他方面彌補響應速度的問(wèn)題。

 

如何抑制油動(dòng)多旋翼的震動(dòng)噪聲？

 

機械減震和數字濾波，注意相頻特性。

 

油動(dòng)多旋翼植保無(wú)人機在未來(lái)幾年會(huì )不會(huì )大有作為？

 

油動(dòng)多旋翼植保無(wú)人機操作簡(jiǎn)便，載重和續航有優(yōu)勢，適合大面積自動(dòng)化作業(yè)，可以顯著(zhù)降低成本。我相信未來(lái)一定會(huì )有很好的表現，大家拭目以待。

 

油動(dòng)會(huì )不會(huì )引發(fā)環(huán)境問(wèn)題，你們在這方面都做了哪些努力？

 

一定程度上是存在滑油殘留，但是問(wèn)題并不嚴重，其實(shí)地面植保機械目前也是燃油動(dòng)力。對于其他應用場(chǎng)景的環(huán)境問(wèn)題，從橫向比較，相比于廢棄鋰電池的環(huán)境污染，燃油的污染也并不是很?chē)乐?。對此，我們首先從供應鏈選擇上會(huì )注意排放問(wèn)題，另外，我們也在努力創(chuàng )新，采用新的方案。我們的目的是解決載重和續航的問(wèn)題，條條大路通羅馬。

 

（本文內容由常鋒無(wú)人機CEO趙自超分享，新智造金紅整理）