雙旋翼飛行器的案例
雙旋翼飛行器如何在旋翼故障時避免墜毀
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 風干擾下傾轉旋翼飛行器直升機模態預設性能跟蹤控制
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 傾轉旋翼飛行器旋翼傾轉過程氣動仿真
傾轉旋翼飛行器旋翼傾轉過程氣動仿真
飛行器中的“精靈”——CA-X4810四旋翼飛行器
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 
豐田飛行汽車專利：輪轂可作旋翼 兼具陸空雙模式
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
展開 多旋翼+螺旋槳型eVTOL飛行器飛行性能簡要評估
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飛行器一樣，在此簡要評估一下此種類型 eVTOL 飛行器的飛行性能：
Eve Air Mobility Eve V3 網址：https://evtol.news/embraer/
垂直飛行性能：
多旋翼+螺旋槳型 eVTOL 飛行器，可靈活設計電動旋翼的直徑尺寸、功率載荷、旋翼數量，電動螺旋槳數量以及安裝位置、結構布局。
懸停狀態飛行：電動旋翼安裝位置距離飛行器重心遠，控制力矩大；電動旋翼在水平面上多位均勻布局，量化了方位角度，控制響應快；電動旋翼同型號的數量多，便于設計交替冗余使用。遇有強風干擾，電動螺旋槳能夠逆風推進，提高飛行器的抗風性能。
起降狀態飛行：垂直起飛時，電動螺旋槳能夠快速強力推進飛行器，加快從懸停到前飛狀態的過渡時間，減少懸停能量消耗；降落進近時，電動螺旋槳能反向推進為飛行器剎車，避免機頭上揚影響駕駛員著陸操縱視線。
前向飛行性能：
多旋翼+螺旋槳型 eVTOL 飛行器，專門由電動螺旋槳提供前向水平推進動力，能夠保持多旋翼槳盤平面處于水平狀態，使各個電動旋翼能夠均勻提供升力，避免了前后電動旋翼功率需求差異過大的困境。
電動旋翼支架結構能夠進行翼型設計，前向飛行時產生附加升力，提高飛行器的升阻比。
展開 旋翼飛行器結構模態分析與調整
對超小型無人旋翼機的機體進行了結構分析．先利用了catia的有限元分析軟件包對結構動力學特性進行分析,計算出了旋翼機的各階頻率與振型。其后通過結構試驗對其計算的結果進行驗證,并且根據計算和實驗的結果進行了結構修正。通過結構的調整和強化,超小型無人旋翼機的機體振幅有所減小,并根據機體的振型模態,飛行控制系統的各類傳感器均安裝在機體振幅較小的位置,改善了傳感器的工作性能。
旋翼飛行器結構模態分析與調整.PDF
四旋翼微型飛行器設計
四旋翼微型飛行器設計.pdf
四旋翼無人飛行器仿真分析
四旋翼無人飛行器仿真分析
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、重量、靈活性和機動性等多個方面有了長足的進步。根據動力配置形式的不同，旋翼無人飛行器一般有四旋翼、六旋翼和八旋翼等。根據飛行器的飛行方式，一般分為自由型及系留型。目前的產品主要集中在自由型多旋翼，其載重量較小，主要面向航模愛好者，應用領域為航拍，單塊電池僅能支持飛行器滯空１５ｍｉｎ左右。而系留型多旋翼飛行器具有覆蓋面積大、留空時間長、機動性能強及效能費用比高等顯著的特點，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。四旋翼無人飛行器在結構上更為簡潔：四只旋翼相互抵消扭矩，不需要專門的反扭矩槳；具有更簡潔的控制方式，僅通過改變四只旋翼的轉速即可實現各種姿態控制。因此，系留型四旋翼無人飛行器備受國內外很多專家和學者的關注和研究。
本文以系留型四旋翼無人飛行器為研究對象，采用通用大型有限元分析軟件Ａｂａｑｕｓ建立了對應的力學仿真模型。應用該仿真模型對該旋翼無人飛行器在旋翼升力、風載荷及降落沖擊等工況下的結構強度和剛度響應進行了仿真分析，得到了對應的安全裕度數據，為該無人機的結構設計提供了理論依據。
系留型四旋翼飛行器系統是一種有４個螺旋槳且螺旋槳呈十字交叉形式的飛行器，如圖１所示。整個飛行平臺結構包含中心架（設備艙）、支撐臂、起落架及其他系統的受力結構等。
展開 ABAQUS四旋翼無人飛行器仿真分析
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、重量、靈活性和機動性等多個方面有了長足的進步。根據動力配置形式的不同，旋翼無人飛行器一般有四旋翼、六旋翼和八旋翼等。根據飛行器的飛行方式，一般分為自由型及系留型。目前的產品主要集中在自由型多旋翼，其載重量較小，主要面向航模愛好者，應用領域為航拍，單塊電池僅能支持飛行器滯空１５ｍｉｎ左右。而系留型多旋翼飛行器具有覆蓋面積大、留空時間長、機動性能強及效能費用比高等顯著的特點，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。四旋翼無人飛行器在結構上更為簡潔：四只旋翼相互抵消扭矩，不需要專門的反扭矩槳；具有更簡潔的控制方式，僅通過改變四只旋翼的轉速即可實現各種姿態控制。因此，系留型四旋翼無人飛行器備受國內外很多專家和學者的關注和研究。
本文以系留型四旋翼無人飛行器為研究對象，采用通用大型有限元分析軟件ABAQUS建立了對應的力學仿真模型。應用該仿真模型對該旋翼無人飛行器在旋翼升力、風載荷及降落沖擊等工況下的結構強度和剛度響應進行了仿真分析，得到了對應的安全裕度數據，為該無人機的結構設計提供了理論依據。
系留型四旋翼飛行器系統是一種有４個螺旋槳且螺旋槳呈十字交叉形式的飛行器，如圖１所示。整個飛行平臺結構包含中心架（設備艙）、支撐臂、起落架及其他系統的受力結構等。
圖１ 系留型四旋翼無人飛行器結構示意圖
在Ａｂａｑｕｓ軟件中建立的有限元模型如圖２所示。
展開 推薦||民用高速旋翼飛行器發展戰略分析及關鍵技術展望
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。結果表明，民用高速旋翼飛行器在中國具有明確的戰略發展定位，一方面可作為交通體系干支通、全網聯的重要節點，以突出的任務效能融入交通運輸應用體系；另一方面，面向中遠程應急救援的需要，可滿足敏捷救援體系響應速度的需求，填補現有直升機應用領域的空白。最后，針對重點發展構型，展望了中國未來民用高速旋翼飛行器的關鍵技術。
關鍵詞：民用高速旋翼飛行器；效能分析；交通運輸應用；中遠程應急救援；關鍵技術；發展戰略
作者簡介：吳希明，男，研究員，博士生導師，南京航空航天大學 80 級校友，國務院特殊津貼專家、航空工業飛行器總體技術首席技術專家、直 10 及直 19 武裝直升機型號總設計師，研究方向：直升機總體設計、高速旋翼飛行器總體設計等。
展開 
ElectraFly公司測試單人多旋翼、傾轉機翼復合推進飛行器
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。這家初創公司的目標是開發混合動力電動私人飛行器，但預計在產品初始階段，主要的用途將是無人機快遞運送。
01
ElectraFlyer原型機作為概念驗證機，展示了飛行器性能和飛行能力。
與傳統的四軸旋翼飛行器相比，ElectraFly公司開發的ElectraFlyer有一些明顯的區別。為了克服限制多旋翼無人機有效載荷和飛行范圍的電池能量密度較低的問題，該飛行器配備了渦輪發動機，在垂直起降過程中渦輪發動機可以向下傾斜產生推力，在平飛時渦輪發動機水平傾轉，產生向后的推力推動飛行器向前飛行。
在重量為75磅飛行器上，渦輪噴氣發動機在其重心附近可產生大約50磅的推力。曼寧表示，這將飛行器垂直起降過程中旋翼需要產生的升力降低到30磅。在初期生產的飛行器中，電力系統與渦輪發動機相互獨立，但渦輪發動機可用于產生電能。
多軸旋翼無人機往往是利用處于同一水平面的旋翼保持空中懸停和盤旋飛行，當機頭向下傾斜時向前飛行前進。曼寧表示，這種飛行方式將導致飛行器的升力降低、阻力增加。
展開 航天國器將攜新型縱列式雙旋翼無人直升機亮相珠海航展
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，俄羅斯（前蘇聯）才是大哥，美國是后來者。因為美國的“支奴干”并不是全球第一款的縱列雙旋翼重型運輸直升機，俄羅斯（前蘇聯）才是第一個搞出來類似的縱列雙旋翼重型運輸直升機國家。蘇聯時期研發的雅克-24縱列雙旋翼直升機于1953年首飛，1955年服役，比美國的“支奴干”整整早了8年。“雅克”-24縱列雙旋翼中大型直升機創造了兩項世界紀錄，載重2噸飛行高度5082米，載重4噸飛高2902米，由此可見，當年前蘇聯軍工的能力之強大。不過，“雅克”-24縱列雙旋翼直升機的道路并沒有走下去，由于穩定性，可靠性不是最令人滿意，特別是縱列雙旋翼產生的震動問題很嚴重，加之當時的國力無法支持太多的項目，又因為當時已經有了更好的替代機型米-6直升機， 所以“雅克”-24直升機在生產了軍民各種機型約40架后，就于1958年退出了歷史舞臺。
美國的“支奴干”借鑒了當時的縱列雙旋翼直升機的技術，并且從根本上解決了了縱列雙旋翼直升機雙旋翼結構帶來的振動問題，經過不斷改進終于修成正果。
越南戰爭期間，美國在越南損失了不少的支奴干，其中就有一架完整的支奴干直升機被越軍繳獲。后來，越南決定把這架支奴干送給中國。
展開 