高速旋翼飛行器
關注創建者：航發設計 創建時間：2023-01-13
高速旋翼飛行器的實例教程
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 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 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
電動旋翼位置兩兩對稱，旋翼前行槳葉和后行槳葉產生的升力差，能夠相互抵消，不需特別調節處理。
參閱《直升機高速之路》
電動旋翼能夠較為容易地調節槳距和轉速，在高速飛行時，能夠降低轉速防止前行槳尖發生局部激波；電動旋翼甚至能夠轉換為自轉旋翼狀態，進一步提高飛行速度。
前向飛行時，電動旋翼可用功率有較大的充裕，能夠靈活調配提高飛行品質，如做大坡度轉向機動。
整機性能：
多旋翼+螺旋槳型 eVTOL 飛行器，電動旋翼和電動螺旋槳在直徑尺寸和數量上，能夠根據飛行器需要功能靈活配置，易于翼身融合整體設計。
參閱《為武裝直升機改裝涵道風扇飛行翼》
電動旋翼和電動螺旋槳直徑尺寸小，機械結構簡單，轉速可調可控，易于飛行器減振降噪設計。
同型號的電動旋翼使用數量多，便于模塊化系列化標準化設計制造，能夠提高產品質量，簡化飛行器的研發制造過程。使用保障時，便于維護修理，備件貯備。
多旋翼能夠建立表決系統可靠性模型，相比直升機單/雙旋翼串聯系統可靠性模型，可靠性程度大為提高。通俗來講，多旋翼能夠保證在幾個電動旋翼不工作時，飛行器仍然可以安全飛行或安全著陸。
適用場景：
多旋翼+螺旋槳型 eVTOL 飛行器，在垂直起降、懸停作業、慢速飛行和快速飛行等綜合性能方面有較大的優勢。適用于山區空中交通運輸、農林工業航空作業、航空應急救援等場合。在軍事應用上，適合于武裝直升機應用場景。
文章來源： 民用無人機產業
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在
FVL-JMR
項目的牽引下，美國西科斯基
-
波音團隊以
13t
級的共軸剛性旋翼構型高速直升機
SB>1“
無畏
”
參與
JMR
項目的競標
，并順利成為進入到飛行驗證階段的兩型高速旋翼飛行器之一。
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
引用格式
夏然龍，邵書義，吳慶憲.風干擾下傾轉旋翼飛行器直升機模態預設性能跟蹤控制［J］.無人系統技術，2023，6（2）：71-80
民用高速旋翼飛行器發展戰略分析及關鍵技術展望
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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
兩年前，AB5 JetQuad橫空出世，這是一種噴氣動力的VTOL（垂直起飛和降落）無人機。現在則是時候見見它全新的、改進的繼任者--AB6。據悉，它的最高速度估計可以達到250mph。AB6 JetQuad由位于德克薩斯州的航空航天公司FusionFlight制造，被認為是一個擁有四個微型渦輪噴氣發動機而不是旋翼的四旋翼飛機。
跟AB5相比，發動機得到了改進，燃料和電氣系統
穿越機是一種高速多旋翼飛行器，和大眾所熟知的航拍無人機相比，它具有小個頭，速度塊，刺激等特點。百公里加速不到1秒，最高時速超200km/h。飛行時，即使普通速度也能輕松到達70-80km/h，被稱為"空中F1"。
fpv其實已經發展了6年多了。2014年，美國加州的小伙子把攝像頭裝到飛行器上，并減小多旋翼的體積，提高推重比，這就是fpv的雛形。
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
8月22日消息，我國JF-22超高速風洞此前已進入現場安裝階段，并已通過專家組中期檢查。在央視報道中，出現了疑似中國新型天地往返飛行器和高超音速飛行器的影子。
風洞被譽為是飛行器的搖籃。在位于北京懷柔科學城，一支幾代人傳承的科研團隊打造出了最新一代JF-22超高速風洞將于明年建成。
飛行器在天上飛
