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【科研社智械计划修改方案191012A】

【科研社智械计划修改方案191012A】

经过几次实验,所有数据都清晰地证明:以目前技术,我们无法超越消费级无人机太多,也达不到我们的技术指标。因此,我们需要在基本结构上找一条新路出来。

关于二/三轴飞行器对于四轴的优势与不足

无人机依靠桨叶升力大于重力来停留在空中。从理论上来讲,桨叶直径越大,提供相等的升力时,所需功率就越小。从这个角度,二/三轴飞行器对于四轴有着效率上的优势。换句话说,就是拥有更长的留空时间和更大的载重能力。

但是,市场最终选择四轴不是没有其原因的。四轴的飞控简单,而对于三轴飞行器,由于有一个桨的角动量无法抵消,导致必须使用至少一个矢量电机,并且需要对陀螺效应进行解耦,从系统稳定性这个角度来看,三轴显然是有很大风险的。

二轴无人机就更强化了上面的毛病。在不使用变距桨的情况下,几乎没有办法使得二轴稳定飞行,并且二轴对任何扰动都十分敏感,使得搭载任务载荷,尤其是大质量任务载荷成为不可能。同样的,二轴对电机和电调反应速度的要求也比三轴和四轴高一个等级。

不过虽然如此,使用15寸甚至更大的桨,比起使用9寸以下的桨,其前景仍然是十分诱人的。采用三轴设计,可以比较容易地使用12寸桨,采用二轴,则可以使用与A方案通用的15寸桨。鉴于B方案要求的体积和噪声都不能太大,15寸桨差不多就是极限了。若搭配合适的电机,15寸桨的拉力可以达到2.6kg,二轴总拉力超过5kg,动力相当富裕。

但是出于实用性的考虑,我们不会贸然采用二轴,因为我们的控制技术还没有先进到能够控制住它。采用三轴也许是个好的方案,三轴12寸桨的总拉力也可以轻松达到5.1kg,只不过它的功耗更高,续航能力没有明显改进。而且,矢量电机的可靠性和反应速度令人担忧。对于航拍来说,稳定性不够还可以通过云台的性能弥补,但是对于武器系统,这就是不能容忍的了。

在最后,陈曦同志提出了一个富有创造力的想法:以二轴阿凡达构型为基础,在尾部配一个小的共轴双桨对俯仰进行配平。这样既避免了角动量计算的解耦对计算机的负担,又避免了复杂的机械结构,提高了稳定性。关于这种构型的飞控编写,可以直接使用APM或者PixHawk,而不需要使用MWC。因为MWC所自带的Y3或T3构型与我们使用的构型有本质上的不同——我们所使用的构型理论上来讲仍然是一个四轴,只不过是两轴是15寸桨,两轴是4寸桨,而且4寸桨的两轴还重合在了一起!这样一来,飞控的编写难度就大大降低了。

注:上述构型的原型机应该在一个星期之内完成。

修改:徐时行

长程侦查无人机计划(D项目)

C项目已经显而易见地说明了,若要使用微型四轴作任何工作,都得在5分钟或者更短时间以内完成。除了服役于英国特种空勤团的那几架价值4万美元,而且先进得不像话的微型无人机以外,还没有什么像这样大小的东西留空时间能更长一点。

为了解决这个问题,我们开始关注固定翼飞机。一架翼展40厘米左右的飞翼无人机,带上一个1200mah的电池和必要的相机,留空时间可以高达45分钟,其航程可达50km。完全足够作为一架“巡航机”进行远距离侦查。

由于控制是在地面控制站,单独一架飞机的损失是可以接受的。如果能够回收电机,电调等电子设备就更好了。用3D打印技术构建准空心的机身的技术正在开发,希望我们可以用3D打印做出密度一样低的机身,到那时这种机身就是完全可以损失掉的。

D项目的产生并不会对C项目造成冲击,D项目只不过是在弥补C项目的不足而已。在便携和隐蔽性方面,C项目完胜D项目。即使进行降噪处理,D项目也不得不飞行在数十米甚至更高来避免被发现。D项目出现后,C与D的分工将更为明确:C项目将由科研社各个成员携带在身上,使用手机直接操控,为的是在需要的时候随时随地使用。D项目则在需要长时间不间断的情报保障和支持的时候,由控制站直接起飞奔赴目标地点。而且D项目速度相当快,很适合担负这个任务。

修改:陈曦;徐时行


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