四轴飞行器

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四轴飞行器
De Bothezat Quadrotor.jpg
Flying Octopus,1923年美国制造的四轴飞行器
一个小型遥控四轴飞行器

四轴飞行器又稱四旋翼、四轉子,是一种多轴飞行器,有四个旋翼来悬停、维持姿态及平飞。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。对于简单的设计来说,仅仅通过调整不同旋翼之间的相对速度来调节不同位置的推力,并克服每个旋翼之间的反扭力矩,就可以控制飞机维持姿态、或完成各种机动飞行。这一点和直升机不同,常见的直升机有两个旋翼,尾桨只起到抵消主旋翼产生的扭矩,控制飞机偏航运动的功能。

早期飞机设计中,四轴飞行器被用来解决旋翼机的扭矩问题。主副旋翼的设计也可以解决扭矩问题,但副旋翼不能提供升力,效率低。且使用尾桨的设计在结构上比使用多旋翼要复杂很多。因此四轴飞行器是最早的一批比空气重的垂直起降飞行器。[1]但是早期的型号性能很差,难于操控和大型化。[2]尤其是油门的控制难以做到精确和迅速。更加上传统的直升机构型在巡航时的效率要优于四轴飞行器。故此在直升机的技术问题得以解决后,四轴飞行器迅速从飞行器设计方式中销声匿迹了。

飞行中的小型四旋翼飞行器

近来四轴飞行器在无人机领域获得了新生。使用电传飞行控制系统以及油门响应速度迅速的电动机作为动力系统,克服了四轴飞行器的主要缺点。四轴飞行器飞行稳定,操控灵活,可以在户内和户外使用。[3][4]和直升机相比,它有许多优点:它的旋翼角度固定,结构简单。[5]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,对也人更安全。有些小型四轴飞行器的旋翼有外框,避免磕碰。[6]

因为四轴飞行器體積小、重量輕,攜帶方便,能輕易進入人不易進入的各種惡劣環境。常用来制作模型,也用来執行航拍電影取景、實時監控、地形勘探等飛行任務。[7][8]

相關條目[编辑]

参考资料[编辑]

  1. ^ Leishman, J.G. Principles of Helicopter Aerodynamics. New York, NY: Cambridge University Press. 2000. 
  2. ^ Anderson, S.B. Historical Overview of V/STOL Aircraft Technology. NASA Technical Memorandum 81280. March 
  3. ^ Hoffmann, G.M.; Rajnarayan, D.G., Waslander, S.L., Dostal, D., Jang, J.S., and Tomlin, C.J.. The Stanford Testbed of Autonomous Rotorcraft for Multi Agent Control (STARMAC). In the Proceedings of the 23rd Digital Avionics System Conference. Salt Lake City, UT. November 2004: pp. 12.E.4/1–10. 
  4. ^ Büchi, Roland. Fascination Quadrocopter. ISBN 978-3-8423-6731-9. 2011. 
  5. ^ Pounds, P.; Mahony, R., Corke, P.. Modelling and Control of a Quad-Rotor Robot. In the Proceedings of the Australasian Conference on Robotics and Automation. Auckland, New Zealand. December 2006. 
  6. ^ Hoffman, G.; Huang, H., Waslander, S.L., Tomlin, C.J.. Quadrotor Helicopter Flight Dynamics and Control: Theory and Experiment. In the Conference of the American Institute of Aeronautics and Astronautics. Hilton Head, South Carolina. 20–23 August 2007. 
  7. ^ Arduino-based quadcopter
  8. ^ UAVP-NG based quadcopter