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行业首创|自旋飞行器,无人机的未来福音?

发布日期:2019-07-12  来源:宇辰网  作者:彭辉我要投稿我要评论

 

  见过四旋翼六旋翼N旋翼无人机的你,是否见过自旋飞行器的模样?

  展会?新闻报道?是的,你应该都没见过。

  因为,这是几个来自北航的学生刚刚申请专利的新品,目前还属于科创项目,离真正的“上市”还有一段距离。

 

该项目简介如下: 本项目瞄准未来无人机发展的需求,提出了自旋飞行器的概念及其物理模型与控制系统,并完成了三代样机的制作。自旋三旋翼飞行器通过三个旋翼旋转产生的反扭矩带动机身朝反方向高速旋转,通过机翼产生额外的升力,并获得更好的机械稳定性。结构上,自旋三旋翼将简化做到了极致,仅使用三个电机实现对飞行器的控制;控制上,五自由度飞控系统更加简洁,降低了对硬件性能的要求。该款飞行器在满足同等性能的情况下,全寿命周期成本将大大减低。

 

  已是北京航空航天大学大三学生的李泽波是这个项目的负责人,这位来自广东揭阳的小伙子表示,该飞行器灵感来源于自己大一时曾制作的一架四旋翼飞行器,因为没有经费支持,当时选择了一款很便宜的山寨飞控。结果悲剧了,便宜飞控就像盗版碟无法保证清晰度一样,无法对飞行器的轴向旋转进行控制。“当飞行器由于载重分配不均导致四个电机转速出现差异时,飞行器就会不停自转,需要通过手动操控来平衡。”当时他就想,如果放任飞机的自转是否也可行?

  “在对这一问题的思考过程中,我逐渐产生了和周期控制的思想,即不再区分四个电机的区别,而以它们所处的位置来决定控制的信号。”这样一来,原有的自转就成了一种新的“稳定性”,进一步的,使所有电机的转向一致,机身就会在力矩的作用下快速旋转起来,飞行器也将获得更高的稳定性和对称性。

  从去年五月份开始,项目团队真正开始做自旋三旋翼无人机,“当时也只是想带学弟们尝试下科创,想用一年半的时间完成一款全新的飞行器的设计制作以及飞控的编写。经过一段时间的论证后,我们逐渐意识到这个项目真正的价值,尤其是在学院的冯如杯立项取得第一名的好成绩后,我们下定决心要把这个项目做好。”

  自旋飞行器能做什么?

  自旋飞行器最大的贡献在于为多旋翼飞行器提供了一种全新的飞行方式,极大丰富了无人机的应用场景,为实现各类需求、解决各类问题提供了新思路、新方案,其发展前景十分可期。

  自旋三旋翼无人机的理论价值在于建立了一套适用于自旋飞行器的全新控制算法。通过建立等效坐标系,可用更简化的方式反映飞行器的飞行状态,进一步通过受力等效,极大降低了自旋飞行器的受力分析复杂度。李泽波认为,以此为基础,在自旋三旋翼飞行器上验证并实现了等效理论控制和周期控制思路,为其他各类自旋飞行器的控制算法提供了全新方案和有益借鉴。“相较于传统多旋翼飞行器,自旋飞行器具有更优的升力效率、机动性、稳定性和安全性。将适用于自旋飞行器的控制算法与不同的气动设计、功能模块相结合,可以实现更多领域的需求,也可以为无人机已经发挥作用的领域提供新的优化方案,为无人机的应用带来了更多可能。”

  值得一提的是,该项目团队打造的自旋飞行器,无论飞行方式还是飞控算法均为行业首创。目前在飞行器气动设计和控制思路还有较大的完善和发展空间。不过,李泽波相信,随着该技术的不断迭代发展,自旋飞行器将以其全新的飞行方式、巧妙的控制算法和流畅的外形设计在无人机领域获得更多的关注,创造出更大的价值。

  他并不否认目前该项目还不成熟,毕竟从立项到现在也才一年多时间,从最开始的可行性论证、自旋飞行原理,飞行器设计、到理论模型设计、飞控代码的编写都没有先例可循,工作量过于庞大,也不敢保证每一步都做得完美。到哪后续会继续完善。

  “我们做这款飞行器不是为了去完成什么现有飞行器做不了的工作,而只是为了追求飞行器性能的突破。”李泽波说,尤其是在低成本高效率方面,未来的很多领域可以替代现有的飞行器。“采用我们三代机加装旋转平台的方案,已经可以兼容现有多旋翼飞行器的所有功能。”未来,在诸如军用的靶机、预警机、轰炸机、电子干扰一体机、NRBC监测,民用的农业植保、航模竞技、通信中继、气象环保等领域,都将会有很大的应用前景。(该项目团队正在进行招新,如有兴趣请联系13021118966,微信同号。)

 
本文链接:https://www.81uav.cn/uav-news/201907/12/59593.html
标签:  自旋三旋翼
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