thor變壓器無人機盤旋和巡航?jīng)]有妥協(xié)

2018-12-29 16:37:47來源：

翼很適合遠距離巡航和承載重物，但如果您的飛機需要垂直靈活性，它們就不那么好了。另一方面，轉(zhuǎn)子對于垂直靈活性非常有用，但對于長距離和重載而言它們并不是那么好。任何想要有效飛行的飛機都可以設(shè)計用于巡航或懸停，但不能同時設(shè)計。

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很多人都試圖想出一種做出某種妥協(xié)工作的方法。大多數(shù)情況下，這需要裝訂盡可能多的垂直轉(zhuǎn)子，因為你有固定翼飛機的預(yù)算并且只需要一天叫它：當(dāng)你想要上升或下降時，你使用垂直轉(zhuǎn)子，其余的時間，你可以使用任何其他水平安裝的轉(zhuǎn)子。如果你非常聰明，也許你想出一種設(shè)計，使用一套轉(zhuǎn)子進行??垂直和水平飛行，或者使用某種旋轉(zhuǎn)翼或者可以在飛行中俯仰的車輛; 但事實仍然是你的設(shè)計是浪費的 - 要么你在水平飛行時有無用的轉(zhuǎn)子，要么在垂直飛行時沒用無翼。

今年在icra，來自新加坡科技與設(shè)計大學(xué)的研究人員推出了一種名為thor：transformable hovering rotorcraft的新型飛行機器人。thor通過在垂直和水平飛行模式中使用所有空氣動力學(xué)表面，從飛翼轉(zhuǎn)變?yōu)槟嬲枰嘈诺娜硇D(zhuǎn)雙旋翼飛行器，實現(xiàn)了非常高的結(jié)構(gòu)效率。

乍一看，thor與單翼機有許多共同點，單翼機是單翼型，末端有一個馬達，通過旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力。thor將這個想法加倍，為自己提供兩種飛行模式：懸停模式和巡航模式。在懸停模式(研究人員稱之為h-mod)中，thor旋轉(zhuǎn)到位，其翼型相互旋轉(zhuǎn)180度，就像直升機上的轉(zhuǎn)子一樣。在巡航模式(c-mod)中，翼型在相同方向上對齊，您將獲得飛翼。

thor飛機處于懸停配置狀態(tài)。

棘手的部分當(dāng)然是在過渡期間：從旋轉(zhuǎn)懸停到(希望)非旋轉(zhuǎn)前飛，然后再返回。您可以在視頻中看到這種情況，但基本上，所有必須發(fā)生的事情是每個機翼旋轉(zhuǎn)90度，由thor中心部分的執(zhí)行器驅(qū)動。以下是研究人員描述他們實驗的方式：

我們在任一模式下將飛船升至約2米的高度并嘗試過渡，產(chǎn)生一些有趣的結(jié)果。在c-mod到h-mod之間的過渡中，發(fā)現(xiàn)通過將c-mod進入爬升，該飛行器能夠可靠地保持高度，同時將其機翼切換到其h-mod配置。我們懷疑，在足夠強勁的馬達的情況下，該過程在過渡步驟之后操作類似于雙旋翼飛行器其中旋轉(zhuǎn)翼作為升力的主要來源接管。在從h-mod到c-mod的過渡中，向上的c-mod的啟動再次有助于在過渡期間保持工藝高度。實際上，這些電機足夠強大，幾乎可以瞬間將工藝從h-mod旋轉(zhuǎn)中分離出來并將工藝推向平移。

當(dāng)無人機處于懸停模式(左)時，它可以將其兩個伺服器旋轉(zhuǎn)大約90度(中間)以重新定向以用于巡航模式(右)。在巡航模式下，它可以反向切換到懸停模式。

除了用于機翼旋轉(zhuǎn)的伺服和軸承外，thor在懸停和巡航模式下使用其他所有結(jié)構(gòu)部件，使其相對于混合動力設(shè)計具有高效率。這是一個原型，硬件和軟件控制器都需要一些優(yōu)化，但我們喜歡設(shè)計的創(chuàng)新性。

有關(guān)詳細信息，我們通過電子郵件與主要作者jun en low和shaohui foong教授進行了交談：

ieee spectrum：為什么結(jié)構(gòu)效率對飛機很重要，thor與傳統(tǒng)的混合vtol平臺相比有哪些優(yōu)勢?

在我們研究這種新穎系統(tǒng)的同時，我們使用結(jié)構(gòu)效率作為衡量能效的初步指標。這樣，我們不受傳統(tǒng)設(shè)計的限制。至于thor的優(yōu)勢，我們認為它有可能比目前使用的任何其他混合動力系統(tǒng)更有效，因為在任何一種飛行模式下都不會有飛行器上的冗余或阻塞系統(tǒng)(因此沒有冗余質(zhì)量)。這也使得平臺可以更加可擴展，因為致動器和控制表面的數(shù)量保持最小。

是什么讓thor成為比單翼直升機更高效或更有效的平臺?

我們認為thor更像是monocopter概念的創(chuàng)新和發(fā)展。在直升機中，我們在懸停時有一個很棒的系統(tǒng)，只有它的有效載荷必須不斷旋轉(zhuǎn)，更重要的是，它沒有范圍。thor通過將單翼直升機概念融合到固定翼型飛行器(或反之亦然)來克服這一點。在分析和優(yōu)化這樣一個獨特的平臺時，還有許多有趣的動態(tài)。

您能描述一下懸停飛行和前飛(或前飛和懸停飛行)之間的過渡過程嗎?

我們遇到的一個很酷的特點是，兩種操作模式的正迎角意味著兩個舵機的簡單旋轉(zhuǎn)大約90度會將船只翻轉(zhuǎn)到右側(cè)進行巡航。然后，飛行器突然旋轉(zhuǎn)并使用原始馬達推力保持高度，之后機翼返回作為主要提升源。

什么樣的獨特應(yīng)用程序可以用于什么?

任何需要長距離和敏捷懸停的東西，并且由于其固有的擴展?jié)摿Γ梢员绕渌旌掀脚_更小，這將解鎖當(dāng)前混合無人機太大或太大而無法操作的許多可能性!這些包括農(nóng)業(yè)，監(jiān)視和包裹遞送，所有這些都是目前無人機發(fā)展的熱門話題。

你下一步在做什么?

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