技术派聊油动多旋翼无人机——访天行健及其同行专家们

2016-03-02 09:55:00 环球网 赵汗青 分享
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【环球无人机频道 记者 赵汗青】在《摇号不中签,坐多旋翼无人机上班可好?》一文中已经介绍过其实油动多旋翼是比传统直升机历史更悠久的一种结构。直升机的历史也可以追溯到一架油动四旋翼上:1907 年,法国Breguet兄弟制造了第一架四旋翼式直升机。

   

随后因为机械效率、安全性等种种原因直升机取代了多旋翼。而多旋翼的再度兴起则是在最近的几年随着电动机、锂电池、GPS和陀螺仪的发展,是电子技术让电动多旋翼成为可行而经济实惠的一种无人机方案。

可是如大家所知受制于电池的能量密度电动多旋翼的续航时间是捉襟见肘的。业内专业人士表示:电池越重飞行的耗电量也就越大,所以增加电池并不能增加电动多旋翼的续航时间;而且各家所使用的电池都半斤八两,挂载任务载荷的电动多旋翼的续航时间都在30分钟以内,想要更漂亮的参数只能靠嘴吹。

 

脑洞大开的人们

 

     然而这个世界上最不缺脑洞大开的人,尤其在飞行这个领域,无论是发明风筝的墨子、坐火箭上天的万户、还是骑着内燃机飞的莱特兄弟,想飞翔的人脑洞都不会太小。果然现在又有疯子or天才尝试把多旋翼换上燃油动力,让其有更持久的续航。 

有一些人尝试用比较稳妥的油电混合方案

  

最开始是德国airstier公司推出了一款油电混合无人机Yeair!,续航1小时。这是用油机来发电,然后当电动多旋翼控制。

  

除此之外还有一种简单叠加方案,深圳艾特航空的ATUAV。业内人士分析其是以共轴反转的燃油机提供主要升力;而电动多旋翼来控制稳定。

油电混合比较稳妥,但是客观上需要携带油动和电动两套动力系统,结构重量变大。所以有一些疯子or天才开始投入研制更加简单粗暴的方案:油动直驱多旋翼!

如之前所述油动直驱多旋翼的历史已经比较悠久,受限于当时的机械与控制技术其效果很不尽如人意。

  

然而随着科技的进步,人类的智慧确实变得亘古未有的强大。正如万户的火箭飞行以悲剧收场,但尤里·加加林们和杨利伟们真的坐火箭去外太空潇洒了一圈一样。曾经难以驾驭的“油动变距四旋翼”现在真的飞了起来。非常幸运的是环球无人机频道有幸采访到了它的创造者:辽宁天行健科技有限公司,采访到了董事长曹兵。

 

油动变距多旋翼是何方神圣?

   

曹总向环球无人机频道介绍说:这款油动四旋翼采用四台独立的德国二冲程汽油发动机驱动,为了克服油机响应慢的缺点所以并不像电动多旋翼那样调节转速,而是使用了定速变距螺旋桨技术,通过控制和直升机一样的四个变矩器来调节四个螺旋桨的升力。每个变矩器由一台舵机控制。

4台德国制造13.9千瓦的燃油发动机让这架多旋翼的最大起飞重量可以达到175公斤,可以挂载燃油和任务载荷总共80公斤。这是绝非电动多旋翼可以与之同日而语的。

然而谈到续航时曹总也承认:多旋翼的机械效率远比传统直升机要低,其一小时的耗油量约为25升。作为对比,120公斤级的活塞式油动直升机一小时的耗油量只有6-10升。

 

靠谱否?

 

无人机最核心的是飞控(自动驾驶仪),让一个一百多公斤又装满汽油的金属血滴子在天上飞,对飞控的可靠性有着很高的要求。谈到飞控,曹总表示:这架油动变距四轴的飞控是天行健公司自主研发,为了提高可靠性采用了三余度设计,减少飞控出bug的概率。

环球无人机频道又咨询了几位无人机行业内的其他专家,他们对油动变距四旋翼都持比较谨慎的态度。业内人士表示:油动多旋翼失去了多旋翼的优势。多旋翼最大优势是简单,所以上手快易普及。变距要增加很多机械结构,不如搞直升机,直升机效率高;

飞控方面的专家则对其飞行安全性不太放心:一方面其没有反扭矩,极限条件下容易失控;一方面油机的响应速度慢、不确定因素也多,飞行的震动有可能改变油针等调节机构的状态;另一方面其控制逻辑与众不同,其飞控系统的稳定性仍需要时间的检验。

除此之外,专家们也提出了些建议:在多旋翼中四旋翼的机械效率比较高、参数比较漂亮。但工业级无人机为提高可靠性一般选择六旋翼或八旋翼,这样可以允许单台发动机故障。不过八旋翼的机械效率又太低,所以建议用六旋翼,这样可以取得安全与性能间的平衡。

 

优势何在?

 

然而上述业内的专家们对这种“大逆不道”的设计虽然指出了种种的问题,却都乐见其成,他们都说:万一好用呢?

诚然油动变矩四旋翼有这样那样的挑战,但优势也是值得肯定的。天行健的曹总表示:油动变距多旋翼虽然比电动多旋翼复杂,但是比传统直升机仍然简单。最大起飞重量175公斤、可以全自主飞行的无人直升机售价动辄以百万计算;而这款油动变距四旋翼的售价不超过100万,效费比还是很高的。

业内的无人机飞控专家说:传统直升机的控制原理极其复杂,其主旋翼工作起来具有陀螺仪的性质——定轴性和进动性,主旋翼的运动不但很不好控制,而且其方向也与作用力呈90度角。所以即使是加拿大MicroPilot这样的老牌飞控厂家也只在第二代产品才敢支持控制直升机。用四旋翼来搞定油动无人机说不定可以成为一种弯道超车的方式。

 

这是怎样的一个圈子?

 

俗话说“同行入冤家”,然而非常有意思的是天行健的同行们,甚至是对油动变距四旋翼并不看好的同行们也拒绝做出太过激烈的批评,每每指出些问题后还总在强调自己的话不一定对。或许我们可以透过这一架油动变距四旋翼的背后看看这个新兴的行业、看看这个特别的圈子。

     一位无人机飞控专家对环球无人机频道说:工业级无人机的圈子非常小,打开微信朋友圈会发现各个工业级无人机公司的技术人员之间都来回留言。

行业的商务人员也都表示圈子小:未来机遇与挑战并存,大家的体量都不够大、产品线也都不够长,工业级无人机企业需要抱团取暖。所以同行之间都很开放也很友好。

工业级无人机企业的决策层也同样显得都很有胸襟:无人机是未来经济和产业升级的重点,前景广阔;但是现在的市场仍不够成熟,需要同行们一起努力才能把这个小众市场做大。

由此看来工业级无人机行业是个特别的行业,机遇与挑战并存。各家都在努力与摸索;各家亦都有各家的问题。或许最后还是那句话:

无人机创新不易,且创且珍惜。

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