我们将来从楼顶飞着去上班:国产多轴载人飞行器驾到!原创 科罗廖夫 2017-10-09 08:36
人们从来没有放弃过对飞翔的追求,从气球的发明到各种飞机和飞行器,人们总是想自由的翱翔在宽广的天空!目前传统的中低空飞行器以小型飞机和直升机为主,需要机场或起降场地,需要专业飞行员,对空域的使用也有严格要求。并且往往会受到高空气流的影响从而限制其使用。最重要的传统飞行器造价很高,比汽车高得多,不适合进入家庭使用。国产直11直升机价格大概是1300万人民币,急救直升机EC135型号价格更高达0.45亿元,军用直升机甚至高达数亿元。不仅价格昂贵,直升机的使用效率偏低下,不仅需要驾驶员,还需要领航员,操作复杂,需要严格的培训。小型飞机和直升机都采用活塞或涡轮发动机,保养维修都很麻烦。这些都直接导致小型飞机和直升机的运营成本很高。上世纪50年代初,美军决定制造一款比直升机更加灵活的飞行汽车,作为辅助地面交通。在从德国俘虏的科学家帮助下,原型机很快出厂,但因为发动机和自动驾驶控制技术的不过关,没有达到预期功能,计划因被迫长期搁浅。到了上世纪九十年代,伴随着科技的进步,无人机技术得到大发展。受低空逐步开放的利好,中国民用无人机领域连续几年保持50%以上的增长,到2020年,全球无人机年销量将达到433万架,市场规模将达到259亿美元。昔日困扰载人飞行器的两大技术难关——发动机技术和自动驾驶技术,在小型无人机上得以攻克。于是载人飞行器的发展迎来了全新的可能。首先是发动机技术的进步,锂电池为载人飞行器提供了更为充足的动力支持;其次,由于计算机和全球定位系统的小型化,使得载人飞行器的自动控制不再是天方夜谭。首先是公路飞行两用车的面世,美国在2011年推出了一种飞行汽车,报价20万美元,加一次油,可飞行700公里。30秒内可从汽车转换到飞机,公路行驶每小时车速185公里。这种飞行车还需要使用跑道才能起飞,所以并不适合在城市里使用。
在经历了十几年的技术攻关之后,2014年,以色列推出了垂直起降飞行器AirMule,采用风扇动力垂直起飞,完成了包括起飞、定位飞行、返航等在内的几项飞行测试任务。国内的天际线飞行器理论布局示意图,与以色列无人飞行器相似。美国硅谷创业公司研发的一款载人飞行器,总重220公斤,有8个电动力螺旋桨,最高时速40公里。近年来,德国电力驱动飞行器VC200、澳大利亚马洛伊飞行摩托、新西兰马丁喷射背包、匈牙利Flike等个人飞行器纷纷亮相。德国18旋翼电力驱动飞行器VC200。多旋翼飞行器成为国内外科技公司追捧的未来出行工具之一。随着电子技术和控制技术的发展,电动多轴旋翼小飞行器得到了迅速发展,每个旋翼分别有一个单独的电机控制,由于采用电力驱动模式,噪音很小,控制很方便。主要用于航拍、航模飞行表演等。由于软件的进步,所有的操作都可以实现自动驾驶控制。
日前,俄罗斯制造AK步枪的卡拉什尼科夫公司展示了一款单人多轴飞行器,它有16个引擎,单人座位,8对旋翼,可完成包括侦察、通信和其他任务。中国几个无人机公司在近两年也推出了数款载人多轴飞行器,包括天际线、道恩DAWN-3和亿航184。这些飞行器大多数可搭乘1位乘客,采用多轴多螺旋桨设计,速度大多60~100公里/小时,载重80~100公斤,采用电机驱动,续航时间约20~40分钟之间。以自动控制为主,保留手动控制功能。多轴载人飞行器不易受复杂环境影响,可接近遮挡物或建筑物飞行,不局限于起降场地,可用于医疗救护、特殊地区货物运输、城市交通、战场救援等。这些科技公司都把多轴载人飞行器算作是“飞行汽车”的范畴。在今年年初的美国拉斯维加斯 CES 大展上,中国亿航184宣布研发了全球首架全电力低空自动驾驶载人飞行器,第一次实现了人类的全自动驾驶飞行,“给交通行业带来了划时代的重大变革”,并深刻影响“旅游、物流、医疗、零售等相关行业的传统商业模式与格局”。然而美国权威杂志《连线》却直接打脸,表示不可思议,国内媒体更是指责其宣传的夸大。很多航空专家对多轴载人飞行器存有疑虑,多数不看好,认这是一种不靠谱的产品。跟小型直升机相比,多轴飞行器的稳定性较差,安全性极低,没有迫降能力。载人四轴飞行器旋桨外露,天生存在极大安全隐患,人员无法靠近,且无法近物飞行更不用提近物救援。
多轴飞行器的控制也是个大问题。多轴本质上是个不稳定系统,需要非常精密的飞控算法,一般是通过内置的微型电脑,运行定制的软件来,精确控制桨叶的旋转速度,来实现多轴飞行器的飞行控制。这在大疆那种玩具一样的小型飞行器上很容易实现,但在大型多轴飞行器上却很困难,这是因为大型桨叶的转动惯性大,难以精确控制转速。而直升机姿态和升力调整则无需改变转速,只靠桨叶变距就能实现。另外,多轴飞行器的动力效率较低,只相当于直升机的三分之一,这导致续航时间与载荷量很小,以小型多轴无人飞行器为例,大多数多轴的续航时间在半小时以内,如果增加续航时间,就要增加锂电池重量,造成恶性循环,这是多轴始终无法作大的重要原因。未来的发展需要在燃料电池、内燃机或涡轮机动力方面有所突破。多轴载人飞行器出现的主要原因在于自动驾驶技术,技术的突破让原本无法实现的参数目标变成了可能,原来十几公斤重的航空陀螺仪,现在能做到只有一个芯片大小,原来在固定翼飞机和直升机上不可能实现的操控软件,在多轴飞行器上得以实现。尽管很多年轻人特别喜欢玩多轴,并梦想能够载人飞行。但是,到目前为止,除了各类科技创业公司,全世界的大型航空制造企业都很少有发展载人多轴飞行器,安全性和飞行效率是这些航空巨头首先要考虑的问题。只有空客公司计划在明年探索性的推出一种CityAirbus无人驾驶飞行出租车,可以垂直起降,采用四驱设计,可以搭载四名乘客,最高航速为每小时130公里。在人口密集的城市地区使用,连接主要交通枢纽,包括火车站和机场。我们将来从楼顶飞着去上班:国产多轴载人飞行器驾到!我们将来从楼顶飞着去上班:国产多轴载人飞行器驾到!
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