高洪波　張兆?！√K周　梁鎮(zhèn)

摘?要：無人機(jī)作為新興產(chǎn)業(yè)，越來越受各界關(guān)注和重視。許多愛好者紛紛購買使用各類型的無人機(jī)產(chǎn)品。本文以電動(dòng)固定翼無人機(jī)為研究對(duì)象，從機(jī)型選擇、動(dòng)力系統(tǒng)配置、飛控設(shè)備選擇三個(gè)方面著手，理清了無人機(jī)機(jī)型特點(diǎn)和動(dòng)力系統(tǒng)配置原則，分析了目前主流飛控設(shè)備概況，闡述了選配的關(guān)鍵因素和注意要點(diǎn)，最后對(duì)無人機(jī)的發(fā)展做了展望。

關(guān)鍵詞：固定翼無人機(jī);配置;機(jī)型;動(dòng)力系統(tǒng);飛行控制器

中圖分類號(hào)：V279

進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著無人技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機(jī)在世界各國(guó)軍民領(lǐng)域得到持續(xù)研發(fā)和廣泛運(yùn)用，無人機(jī)市場(chǎng)也隨之異?；鸨?。如何選擇一款符合需求、配置合理的無人機(jī)成為相對(duì)復(fù)雜的問題。固定翼無人機(jī)的成熟產(chǎn)品相對(duì)較少，大多需要自行搭配，選配過程相對(duì)復(fù)雜，涉及因素較多。其中，油動(dòng)固定翼無人機(jī)因大多用在專業(yè)場(chǎng)合，一般具有專業(yè)隊(duì)伍支撐，這里不予討論。而更加大眾化的電動(dòng)固定翼無人機(jī)的選配問題，成為許多人的困惑。因此，主要就電動(dòng)固定翼無人機(jī)的選配方法進(jìn)行簡(jiǎn)單探討。

1 機(jī)型選擇

選擇什么樣的機(jī)型，主要看需要進(jìn)行哪一類飛行。是想體驗(yàn)輕飄飄、慢悠悠的飛行，還是要做一些高機(jī)動(dòng)的動(dòng)作，或者是需要速度的沖擊感，其中的區(qū)別關(guān)鍵在于飛機(jī)翼載荷的大小?？偟膩碚f，要求機(jī)動(dòng)性好、起飛著陸速度小的飛機(jī)，采用小一些的翼載荷，而要求速度高的飛機(jī)則采用大翼載荷。

新手練習(xí)一般選擇翼載荷小、飛行速度慢、容易操控的“初級(jí)練習(xí)機(jī)”。這類飛機(jī)一般采用較厚的“平凸翼型”，使飛機(jī)在較低的速度下就能產(chǎn)生較大的升力。同時(shí)它一般還具有較高的機(jī)翼位置，通常采用帶有上反角的上單翼布局，使重心位置較低，飛機(jī)會(huì)在重力的作用下自然趨于平衡。初級(jí)練習(xí)機(jī)的翼載荷一般在50-70g/dm2。

要體驗(yàn)大動(dòng)作、高機(jī)動(dòng)的特技飛行，就需要用到“特技機(jī)”。特技機(jī)的翼載荷相對(duì)略大，一般在60-100g/dm2。這類飛機(jī)的舵面一般較大，在舵面動(dòng)作時(shí)可以使飛機(jī)獲得較高的機(jī)動(dòng)性。同時(shí)一般采用中單翼，使機(jī)翼安裝位置距重心較進(jìn)，讓飛機(jī)可以進(jìn)行較大的動(dòng)作，甚至翻轉(zhuǎn)飛行。

當(dāng)然，除了對(duì)于翼載荷的關(guān)注，在一些場(chǎng)合還要關(guān)注飛機(jī)的氣動(dòng)布局。一般情況下，如果要進(jìn)行FPV（First Person View，第一視角）遠(yuǎn)航，體驗(yàn)空中翱翔的感覺，會(huì)選擇比較省電的飛翼布局固定翼無人機(jī)。

2 動(dòng)力系統(tǒng)配置

首先，要根據(jù)機(jī)型類別確定飛機(jī)所需的推力大小。前文提到，不同類型的飛機(jī)的翼載荷不同，其實(shí)推動(dòng)它們飛行所需的推重比也不同。推重比是飛機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)產(chǎn)生的最大推力與飛機(jī)重量的比值。對(duì)于初級(jí)練習(xí)機(jī)，其推重比一般在0.7-0.9左右，也就是說對(duì)于1kg的飛機(jī)，只需要700-900g的推力就能夠讓它飛起來。而對(duì)于特技機(jī)，其推重比一般要達(dá)到1以上，才能夠做出各種特技動(dòng)作。因此，在概略估算無人機(jī)總重量后，就可以根據(jù)機(jī)型所對(duì)應(yīng)的推重比需求，計(jì)算需要多大的推力才能滿足飛行要求。

然后，根據(jù)飛機(jī)所需的推力大小選擇合理的電機(jī)和螺旋槳組合。電機(jī)和螺旋槳是推力的直接產(chǎn)生部件。按照電機(jī)的性能參數(shù)列表，可以很方便的得知它搭配不同尺寸的螺旋槳所產(chǎn)生的推力數(shù)據(jù)。根據(jù)飛機(jī)需要的推力可以很方便的進(jìn)行選擇。同時(shí)，還要考慮飛機(jī)的飛行速度，一般情況下，低速飛行的飛機(jī)采用“低轉(zhuǎn)速電機(jī)+大槳”組合，而高速飛行的飛機(jī)采用“高轉(zhuǎn)速電機(jī)+小槳”組合。

在確定了電機(jī)和螺旋槳組合之后，就可以根據(jù)電機(jī)的最大額定電流，選擇一款合適的電調(diào)。電調(diào)，即電子調(diào)速器，是連接電源和電機(jī)的橋梁。對(duì)于特定的電機(jī)和螺旋槳組合，根據(jù)生產(chǎn)廠商給出的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可以得知電機(jī)的最大額定電流。所選的電調(diào)一定要大于電機(jī)的最大額定電流才能保證電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。通常情況下，還需要考慮到瞬時(shí)最大電流以及散熱條件的影響。

最后，來選擇一塊合適的電池。電池所能提供的瞬時(shí)電流需要能夠滿足飛機(jī)的各種飛行需要，包括起飛、降落、平飛、大幅度動(dòng)作等。因此必須要有能力提供足夠大的電流才行，即電池的最大放電電流要大于動(dòng)力系統(tǒng)的額定電流。當(dāng)然，電池一般比較重，還要根據(jù)估算的飛機(jī)總重量，減去已確定的其他部件的重量，才能確定合適的電池。

3 飛行控制器選擇

對(duì)于非專業(yè)人員，一般推薦選擇商業(yè)飛控。因?yàn)樯虡I(yè)飛控服務(wù)較好，用戶可以不了解技術(shù)細(xì)節(jié)，只要按照說明書操作即可，降低了用戶的使用難度。其實(shí)商業(yè)飛控的開發(fā)目標(biāo)本身就是立足于完成特定用戶的特定功能需求。它比較關(guān)注用戶體驗(yàn)，一般還會(huì)帶有一定的服務(wù)和培訓(xùn)。由于用途單一，可以盡量少的設(shè)置需要調(diào)試的參數(shù)，也就降低了操作門檻，甚至可以做到非專業(yè)人員操作。但是商業(yè)飛控畢竟是以盈利為目標(biāo)的，所以一般相對(duì)較貴，要根據(jù)預(yù)算量力而為。

對(duì)于有一定基礎(chǔ)，又有探索興趣的人員，當(dāng)然是選擇開源飛控。所謂開源飛控就是建立在開源思想基礎(chǔ)上的自動(dòng)飛行控制器（Open Source Auto Pilot），其軟件、固件和硬件都是開源的。這里的軟件指的是地面站軟件，固件指的是需要燒錄進(jìn)飛控硬件中的程序代碼。大家不但可以參與軟件、固件的二次開發(fā)，也可以參與硬件的研發(fā)，可以根據(jù)自己的需要添加各種功能。最終能夠形成“共同開發(fā)、共同分享”的良性循環(huán)。

4 結(jié)語

無人機(jī)的種類配置越來越多，對(duì)于無人機(jī)的選擇，主要還是要根據(jù)自己的實(shí)際需求。這里不可能做到面面俱到，一一介紹。只有自己積累了一定的知識(shí)，才能在紛繁復(fù)雜的配置中選出適合自己的飛機(jī)，或者是自行搭配定制。

作者簡(jiǎn)介：高洪波（1981-），男，漢族，江蘇徐州人，本科，教師，講師，研究方向：無人機(jī)。