
先比较鸟的翅膀和直升机的旋翼。它们的形状反映了不同的留空方式。
旋转的机翼可以支撑悬停
多旋翼通过几个旋转的机翼向下推动空气,支撑自身重量。它无需向前移动也能留在空中,适合让相机停留在某处附近。悬停是一项需要消耗能量的设计能力。
Townsend等人的能源综述说明,机体构型与功率需求相互关联。保持位置仍需要推进系统做功。看似静止的无人机,并不像停放的自行车那样处于休息状态。
升力是支撑飞机向上的力。不同构型以不同方式产生升力,但都需要支撑自身重量。这项共同要求,是理解外形差异的起点。
固定机翼适合持续向前飞行
空气绕过固定机翼时会产生升力,因此向前飞行可能较为高效。不过,传统固定翼飞机不能直接停在空中。其优势主要体现在持续移动,而不是反复悬停的任务。
起降空间也是选择的一部分。设想一条容易飞行、终点却是狭小庭院的路线。抵达目的地与完成任务是两个不同要求,比较时必须考虑旅程的起点和终点。
例如,覆盖一大片农田与稳定观察一根电杆,对飞行的要求不同。暂时不看品牌,有助于先确定要求,再比较产品。
这是概念关系;风、载荷和起降设施也会影响适用性。
组合能力也会增加设备
有些飞机将垂直起降与固定翼巡航结合起来。NederDrone研究在实际飞行中测试了这一构型及氢能与电池组合系统,证明工作原型可以同时具备这些能力。
这种组合也带来额外设备和设计取舍。飞机可以进入狭小降落地点,但复杂性增加。演示成功,并不能证明它在所有运营者和产量条件下成本最低。
| 构型 | 潜在优势 | 需要核查的问题 |
|---|---|---|
| 多旋翼 | 保持位置 | 所需悬停时长 |
| 固定翼 | 持续航行 | 起飞与降落空间 |
| 垂直起降加固定翼 | 兼顾场地进入与航行 | 增加的质量与复杂性 |
用相同任务进行比较
Airbus在2018年报告Zephyr S连续飞行超过25天。该机采用太阳能和大尺寸轻质机翼执行长时间飞行。这是特定飞机与任务的历史结果,不能代表所有无人机。
配送飞机要回答另一个问题:能否沿指定路线运送所需物品?让比较对应任务,才能避免惊人的续航数字左右无关选择。适合的形状,是能完成整个工作的形状。
比较机体之前,先明确悬停时间、航程和起降空间。
自己试着想一想
拍摄一处桥梁接头和一条漫长海岸线,对机体的要求会怎样改变?
本课资料来源
- A comprehensive review of energy sources for unmanned aerial vehicles, their shortfalls and opportunities for improvements ↗Ashleigh Townsend; Immanuel N. Jiya; Christiaan Martinson; Dmitri Bessarabov; Rupert Gouws · 2020-11-16 · production-p01
- The NederDrone: A hybrid lift, hybrid energy hydrogen UAV ↗Christophe De Wagter; Bart Remes; Ewoud Smeur; Freek van Tienen; Rick Ruijsink; Kevin van Hecke; Erik van der Horst · 2021 · production-p03
- Airbus Zephyr Solar High Altitude Pseudo-Satellite flies for longer than any other aircraft during its successful maiden flight ↗Airbus Defence and Space · 2018-08-08 · production-n16