航拍機型|固定翼無人機與多旋翼無人機哪個好？
一位航拍手被委託使用無人機進行大型晚會現場拍攝，需要保證一定的拍攝時間，需要重複升空完成拍攝任務，由於是夜間拍攝，需要掛載更多、更重的專業設備。此時無法採用平日里使用的航拍四旋翼無人機。
一位電力部門負責人，需要為巡線項目採購無人機，要求該無人機具備一定的巡航速度，較遠的飛行距離，能夠搭載專業設備，簡單操作。該選擇四旋翼還是其它機型呢？
一位普通使用者想給自己的侄子買一個小無人機玩具，小盆友年紀很小，操作能力有限，主要在家庭中使用，買哪種產品更安全呢？
無論你是無人機愛好者，職業應用者（航拍），創業者，行業使用者（農業，工業），行業投資人，都需要了解無人機的知識。不同的無人機機型，飛行效率不同，姿態控制原理不同，數學模型不同，氣動特性不同，操作方法不同，適用的任務也不同。
今天MR.城堡為大家帶來的是固定翼類無人機內容。
1.機身結構
固定翼類無人機是最早出現的無人機機型。常用的接收機通道名稱依然沿用了固定翼遙控飛機中使用的叫法：AIL-副翼；ELE-升降舵；THR-油門；RUD-方向舵；GRY-起落架等。這些名稱在多旋翼或者其它類型無人機中並不使用，但依然沿用這類稱呼，足見固定翼在無人機機型中的重要位置。
2.動力與姿態控制
固定翼無人機的動力原理非常簡單：動量守恆P=mv。一般可通過機身前部或者後部的螺旋槳推送空氣提供反向動力，同時在高空中藉助氣流飛行與姿態調整。藉助副翼，升降舵，方向舵提供無人機飛行需要的橫滾，俯仰，姿態力矩——其實從名稱就可以一目了然地明確控制方法了。
上圖只展示了固定翼無人機一組副翼的舵機安裝示意。一般小型固定翼無人機會搭載一個或若干無刷電機，連接定距螺旋槳提供飛行動力；若干舵機分別控制副翼，升降舵，方向舵以提供姿態力矩。
3.起飛方式
傳統小中型固定翼無人機由於機身尺寸和載重能力限制，一般不具備搭載過大的動力系統的能力，因此需要藉助外力起飛。
上圖左為RQ-11B無人機，右為洛克希德馬丁公司的沙漠鷹無人機。手拋起飛一直是小型固定翼飛機的重要起飛方式。大家經常看到航模愛好者具備結實的右臂，粗壯的腰圍，大抵是手拋無人機的需要（也有可能啤酒喝太多），與清瘦技術宅的多旋翼飛手形成鮮明對比（玩笑，玩笑來的）。
但隨著無人機尺寸的增大，掛載設備後重量提升，還採用手拋飛行對飛手來講也太「不人道」了，如此一來就有了另外一種常見的固定翼無人機起飛方法：彈射起飛
上面兩幅圖都為美國海軍陸戰隊在伊拉克，阿富汗地區經常使用的「掃描鷹」無人機。彈射起飛方式有利於將更大型的無人機部署到更多地點如山地，航母等。
傳統小中型固定翼無人機的起飛方式只有以上兩種。但最近幾年，固定翼無人機通過機身結構設計創新具備了新的垂直起降能力。
從上到下分別是成飛的VMA，中航的VD200，谷歌的projectwing。這類固定翼無人機通過垂直機身，定距槳提供上升動力，達到起飛高度後，藉助機身下部的副翼，襟翼引導氣流流向，變換無人機飛行方式，最終採用固定翼的飛行模式，如下
除此之外還有一類使得固定翼無人機獲得垂直起降能力的設計方式
從上到下分別為亞馬遜的Prime Air無人機，Arcturus UAV的 Jump VTOL系統，基本上就是疊加了多旋翼機特有的旋翼系統到固定翼機身上，構成獨立的起飛系統以提供升空動力。
傳統的手拋型無人機和彈射型無人機都是藉助外力起飛，這樣的起飛方式使得固定翼無人機具備更多的負載空間與負載能力，只要能夠拋得動，彈得飛，等到天上去就可以藉助氣流提供飛行。
垂直放置機身的起飛模式使得固定翼具備了垂飛能力，但由於完全依靠本身的定距槳提供升空動力，就必須增加旋翼尺寸，減小固定翼無人機本身的重量以及攜帶的設備重量。往往一個旋翼還不夠，需要至少兩個旋翼提供動力，但無人機機身尺寸有限制，安裝部位也受限制，導致彼此距離很近，旋翼間容易產生比較大的氣流影響，難以保證垂直飛行或者垂直定點的穩定性。在機身改變飛行模式（垂飛變固定翼巡航）時是一個非線性過程的線性化控制，此時對擾動，內部操作都非常敏感。同時當轉變為固定翼飛行模式後，強大的動力又變得毫無必要，徒然提升了能量耗損。
增添垂飛旋翼系統的設計方式同樣使得固定翼無人機具備了垂直起飛能力，因為是布局在機身的平面上，空間比較寬裕，可以通過多個小旋翼拉大彼此間距，在提供足夠升空動力的前提下避免旋翼間擾流。同時在飛行模式變化上可以直接切換，無需增添額外的中間過程。但垂直旋翼系統意味著要增加額外的動力元件——發動機或者電機。而這類元件在小型無人機系統中既需要擠壓機身內部安裝空間也需要固定翼讓出一部分載重能力。同時當垂飛變為巡航，也就是切換回固定翼模式後，這幾個旋翼將變為徹底的累贅。
4.不同使用者選擇
（傳統的）固定翼無人機在沒有電源時具備天然的滑翔能力，對駕駛與技術失誤的「魯棒性」更強，可以在電量較低時攜帶更大載重，飛行更遠距離。但對於需要精確懸停的飛行任務而言，固定翼就不好使了，因為——它沒辦法定點懸停，只能圍繞著某點進行圓周盤旋飛行。
對於航拍職業人士，固定翼無人機不適合定點拍攝某一對象。但對於拍攝城市高空景觀，風景區高空景觀等等，這類飛行時間長，拍攝高度高，氣流環境比較複雜，攜帶設備比較多的任務是非常合適的選擇。而且在冬天，電池性能非常不穩定，多旋翼無人機每個飛行動作都需要動力維持，此時50%的電量提示等於告訴你「快點返航」，而固定翼飛機在空中只需要對一個定距槳提供動力，甚至藉助本身的滑翔能力，在動力完全所剩無幾的情況下只需提供舵機姿態控制，具備「比較平穩」的降落控制能力，保證了設備的安全使用。
對於地理測繪，電力巡檢，農業植保，這類任務傳統就時常採用的小型固定翼載人飛機完成，而固定翼無人機同樣具備高空飛行，長時間續航以及強大的載重能力。同時固定翼機型容易進行氣動設計與機身結構創新，能夠根據不同任務提供多種產品設計，而無需將精力分散到類似多旋翼的動力環節上。
對於航模愛好者而言固定翼無人機機身選擇多種多樣，可以彰顯個性，並且很容易進行內部系統設計。組裝，飛行，操控都非常容易上手。同時——它便宜啊！幾塊RMB到幾十塊RMB不等，都可以買到非常不錯的機身相比於動輒幾百RMB還尺寸十分有限的多旋翼機身，固定翼可以節約成本以便購買更好的電機或飛控系統。
對於創業者而言，多旋翼無人機市場過分擁擠，同時誤導、限制了很多應用與創新的途徑。另闢蹊徑不但節約成本，也可以提供更為豐富的創新途徑。君不見Paroot都推出Disco固定翼無人機了么？
TAG:知識百科 |