雙旋翼飛行器
關注創建者：匿名 創建時間：2022-06-02
雙旋翼飛行器的實例教程
雙旋翼飛行器（兩軸飛行器，Bi-copter）是一種新構型的無人機，可以通過改變兩個電機的角度來控制姿態。與四旋翼相比，雙旋翼使用更少的電機，因此重量和能耗都更低。在續航能力上，目前續航時間已經是四旋翼無人機的一大痛點，雙旋翼飛行器要比四旋翼更勝一籌，因此更加靈活高效的雙旋翼有較好的發展空間。與四旋翼相比，其僅有的兩個旋翼意味著當某個電機或旋翼發生故障時后果更加嚴重：一旦某個旋翼的拉力減小，機體便會側翻墜落，造成危險。因此，對雙旋翼飛行器的容錯控制研究是很有必要的。
圖1：極飛科技V40無人機
圖2：零零科技V-Coptr Falcon
圖3：一種雙旋翼模型機
本文介紹了雙旋翼飛行器的原理和模型，設計了容錯控制器，可以控制雙旋翼正常飛行，并在不做故障診斷和控制器重構的情況下，發生單側旋翼效率下降或失效故障時使飛行器通過自旋來避免側翻墜落，保持高度和降落。
本文導讀
1. 研究問題
2. 控制器設計
3. 綜合仿真與視景顯示
1. 研究問題
本文所要解決的是雙旋翼飛行器的容錯控制問題，即使得雙旋翼在一側旋翼拉力減小時避免翻轉墜落，保證飛行器的安全，甚至使飛行器可以實現對位置的完全跟蹤。采用被動容錯的方法，不使用故障檢測和隔離（FDI），在正常情況和故障情況下使用同一種控制策略，控制器自行得出當前飛行器的最佳狀態并保持。
展開 關鍵詞
傾轉旋翼機；非線性系統；干擾觀測器；預設性能；神經網絡；跟蹤控制
1 引 言
傾轉旋翼機具有高速飛行、起降不受地形約束等能力，兼具固定翼飛機與直升機的優點
［1］。基于傾轉旋翼機表現出來的優異性能，針對傾轉旋翼機控制問題的研究開始引起國內外研究者的密切關注。
傾轉旋翼機雖然各方面性能突出，但是其結構繁雜，在飛行時機體各構件的相互干擾十分強烈，如雙旋翼的誘導速度干擾、旋翼尾流對機翼的下洗作用等
［2］，所以整個系統的空氣動力學特性求解十分困難。不僅如此，系統還會受到外部風干擾以及系統不確定性的影響，這些都增加了系統建模的難度。傾轉旋翼機還是一個多體、高度耦合、欠驅動的機械系統
［3］。
如何實現對期望信號的快速準確跟蹤也是一個具有挑戰性的問題。在現有的控制技術中，基于系統辨識的控制方法、智能算法（如人工神經網絡）等都可以滿足傾轉旋翼機一定的性能要求
［4］。比如，文獻［
5］提出了一種基于增益調度的多模型方法，針對傾轉旋翼機進行控制器設計；為了消除對模型的精確要求，文獻［
6］提出了一種自適應非線性分層控制器框架，實現了位置系統和姿態系統的控制；文獻［
7］采用非線性模型預測控制實現了傾轉旋翼機自轉和前飛的控制，設計約束和成本函數提高非線性優化的可靠性。但當系統出現大幅度不確定變化以及外部干擾時，這些方法無法保證系統的動態特性，也很難實現對系統的穩定控制。
由于傾轉旋翼機會受到諸如陣風之類的復雜干擾影響，所以為了提高系統的抗干擾能力與動態飛行品質，需要設計干擾觀測器來補償干擾。干擾觀測器的應用十分廣泛。例如，針對萬向節系統中存在的多重干擾問題，文獻［
8］提出了一種基于精細擾動觀測器的速度跟蹤控制器，用于處理多個擾動并提高跟蹤性能。
展開 近年來，四旋翼飛行器可謂是航空領域的寵兒。無論是“小巧會飛的照相機”，還是飛行器大賽的種子選手，亦或是電力巡檢、快遞投送、救援搶險的小能手，甚至是披掛上陣，執行軍用任務的空中間諜，你都能看到四旋翼飛行器的身影。
從1970年，法國人發明的世界第一架有人駕駛的四旋翼飛行器升上天空，到近年來逐漸成為主流的微小型多旋翼無人機飛行器，四旋飛行器的發展并不能說是一帆風順。但隨著新材料、微機電、飛機控制等技術的不斷發展，多旋翼飛行器在實現微小轉化后，已經擁有了廣闊的民用和商用前景。
目前，棲云通航公司已上市了CA-X4810四旋翼飛行器。CA-X4810是一款超長續航，融合多功能的四旋翼飛行器。機身使用超輕碳纖維材料與航空鋁合金，相較于傳統金屬材料，結構性增強的同時，質量可以減輕25%。超輕機身巨能飛！
CA-X4810四旋翼飛行器使用了自主研發的超高密度鋰電池，比常用的鋰聚合物電池提高了50%的續航性能，在-40℃的環境下，容量保留率仍能達到70%。高密度電池實現超長續航！
CA-X4810四旋翼飛行器還使用了自主研發的高效率超輕無刷電機，電能轉化效率高達81.9%，最大速度可達到70KM/h，最大爬上速度可達5m/s,懸停時長最高可達100分鐘。輕量化動力系統，實現超高的巡航里程！
展開 傾轉旋翼飛行器旋翼傾轉過程氣動仿真
據外媒報道，豐田汽車工程與制造北美分公司(TEMA)已經提交了一份創新飛行汽車的專利申請，該飛行汽車的輪轂可兼作旋轉機翼。
該專利是為雙模式車輛的輪轂而設計，是一種可將車輛從陸地模式轉換成飛行模式的方法。其描述了一種車輛，車輛的輪轂連接到固定在中心樞軸的間隔臂上，當車輛從陸地模式切換到飛行模式時，間隔臂將向上延伸，輪轂開始旋轉，然后轉子在輪轂內部延伸，如同直升機轉子一樣旋轉，從而產生足夠的升力讓車輛可以飛行。
豐田的專利表示，每個輪轂/轉子都由電力系統供電的電機提供動力。電力系統可以是電池組、燃氣輪機發電機、氫燃料電池或者任何其他可產生足夠電力以驅動雙模式車輛輪轂的能量轉換裝置。該專利還表示，可通過雙模式車輛一側輪轂的速度將車輛轉換成陸地模式，類似于坦克等具有雙軌道的車輛轉彎的方法。
豐田的飛行汽車專利讓人想起飛行汽車初創公司特拉弗吉亞汽車(Terrafugia)的概念飛行汽車。特拉弗吉亞汽車是中國汽車巨頭吉利(Geely)的全資子公司，其于2015年首次展示其飛行汽車概念車，該概念車的特色就是擁有可展開的直升機式轉子。然而，與豐田的設計不同的是，特拉弗吉亞汽車有專門的輪轂和飛行轉子，而不是將兩者整合到一個組件中。優步(Uber)也在計劃未來某天推出“飛行出租車”，將使用類似無人機式的飛行技術，但是此類汽車將無法在公共道路上行駛。
文章鏈接：中國智能制造網 https://www.gkzhan.com/news/detail/111602.html
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多旋翼+螺旋槳型 eVTOL 飛行器實際上是電動版的復合式直升機。電動多旋翼相當于復合式直升機的單/雙旋翼，是專門用于提供升降力的推進器，電動螺旋槳是專門用于前向飛行的推進器，多旋翼的支撐結構可作為飛行短翼，在前向飛行時減輕多旋翼的升力負擔。
共軸雙槳復合式直升機
同多旋翼型 eVTOL飛行器和機翼+螺旋槳+多旋翼型eVTOL
看過哆啦A夢的同學一定對竹蜻蜓十分熟悉，想必小時候大家都曾幻想過戴著它遨游太空。
隨著科技的發展，雖然我們無法直接帶上竹蜻蜓帽子飛上天空，但是通過操縱“竹蜻蜓”，還是能很大程度的滿足我們翱翔天空的愿望。近年來，四旋翼飛行器可謂是航空領域的寵兒。無論是“小巧會飛的照相機”，還是飛行器大賽的種子選手，亦或是電力巡檢、快遞投送、救援搶險的小能手
旋翼無人飛行器具有垂直起降／著陸、可懸停、機動性好及結構簡單等多種優點，無論是在軍事領域還是民用領域，都有非常廣泛的應用價值。
作為垂直／短距起降飛行器，多旋翼無人飛行器不受起降場地的限制，具有很強的適應性，一直是各國軍方關注的焦點。多旋翼無人飛行器與常規的飛行器相比，具有垂直起降、著陸、懸停、縱飛和側飛等飛行特性。隨著近年來微電子、微機械、計算機技術及電池等技術的飛速發展，小型四旋翼無人機的體積
與普通直升機不同的是，傾轉旋翼機為雙旋翼飛行器，沒有尾槳，而且需要考慮機翼機身等機體部分的氣動力。直升機模態下，傾轉旋翼機的控制方式也與普通直升機有很大差異，其控制量為旋翼總距、總距差動、旋翼橫向周期變距和縱向周期變距。
民用高速旋翼飛行器發展戰略分析及關鍵技術展望
吳希明，呂樂豐，張廣林
（中國航空研究院，北京 100029）
摘要：面向直升機高速化的發展趨勢，總結了國外高速旋翼飛行器的發展歷程，開展了高速旋翼飛行器與直升機、通航飛機、公路、鐵路等交通運輸工具的效能仿真對比，基于潛在的民用市場需求，綜合分析了高速旋翼飛機器在交通運輸系統和應急救援體系中的優勢與劣勢
據業內人士透漏：南京航天國器智能裝備有限公司將攜新型縱列式雙旋翼無人直升機亮相2022年第十四屆中國航展（珠海航展）。國產“支奴干”型無人直升機要來了！
說起大名鼎鼎的美國"支奴干"直升機，有網友認為連俄羅斯都仿制不出來。其實類似“支奴干”這樣的縱列雙旋翼直升機
因此，對雙旋翼飛行器的容錯控制研究是很有必要的。
傾轉旋翼飛行器旋翼傾轉過程氣動仿真
美國一家研發單人混合動力電動多旋翼飛行器的初創公司ElectraFly，目前正在研究公司產品的潛在軍事應用，作為軍事后勤保障和士兵運送工具。ElectraFly公司已簽署諒解備忘錄，將于2019年初在猶他州的德塞雷特（Deseret，美國猶他州的別名）無人機系統（UAS）試驗場進行試飛。
公司的創始人約翰·曼寧表示，ElectraFly公司的成立是為了解決多旋翼飛行器的行動范圍和有效載荷受限的問題
據外媒報道，豐田汽車工程與制造北美分公司(TEMA)已經提交了一份創新飛行汽車的專利申請，該飛行汽車的輪轂可兼作旋轉機翼。
該專利是為雙模式車輛的輪轂而設計，是一種可將車輛從陸地模式轉換成飛行模式的方法。其描述了一種車輛，車輛的輪轂連接到固定在中心樞軸的間隔臂上，當車輛從陸地模式切換到飛行模式時，間隔臂將向上延伸，輪轂開始旋轉，然后轉子在輪轂內部延伸，如同直升機轉子一樣旋轉
