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國產多軸載人飛行器駕到:我們將來從樓頂飛著去桑班!

人們從來沒有放棄過對飛翔的追求,從氣球的發明到各種飛機和飛行器,人們總是想自由的翱翔在寬廣的天空!

當你駕車堵在路上,幾個小時寸步難行、鳴笛聲此起彼伏的時候,望著車窗外綿延幾公里車龍,你是不是有時也會陷入遐想,要是有一種靈活的載人飛行器,能在城市的高樓大廈之間飛行,該多好啊。

載人飛行器,顧名思義,可以載人的飛行器。如同我們熟悉的地面交通工具,由於需要克服重力空中飛行,人力所產生的功率不足以使飛行器脫離地面。所以到目前為止,世界上還沒有一款實際應用的人力驅動的空中自行車。

目前傳統的中低空飛行器以小型公務機和直升機為主,公務機需要機場,直升機停放面積大,對起降場地也有著苛刻要求,並且往往會受到高空氣流的影響從而限制其使用。最重要的傳統飛行器造價很高,比汽車高得多,不適合進入家庭使用。

以直升機為例,國產直11直升機價格大概是1300萬人民幣,急救直升機EC135型號價格更高達4500萬元,軍用和警用直升機的價格甚至以億計。不僅價格昂貴,直升機的使用效率偏低下,不僅需要駕駛員,還需要領航員,操作複雜,需要嚴格的培訓。

二次大戰結束後,有感於戰時慘痛的教訓,加之當時直升機的效用不彰,美軍決定製造一款飛行汽車,作為輔助地面交通。在大量自德國俘虜的工程師幫助下,原型機很快出廠,但因為發動機和自動駕駛控制技術的不過關,沒有達到預期功能,計劃因被迫長期擱淺。

到了上世紀九十年代,伴隨著科技的進步,昔日困擾載人飛行器的兩大技術難關——發動機技術和自動駕駛技術得以攻克,載人飛行器的發展迎來了全新的可能。首先是發動機技術的進步,為載人飛行器提供了更為充足的動力支持;其次,由於計算機和全球定位系統的小型化,使得載人飛行器的自動控制不再是天方夜譚。

受低空逐步開放的利好,中國民用無人機領域連續幾年保持50%以上的增長,到2020年,全球無人機年銷量將達到433萬架,市場規模將達到259億美元。

首先是公路飛行兩用車的面世,美國在2011年推出的飛行汽車,零售報價約20萬美元,加一次油,約可飛行725公里。30秒內可從汽車轉換到飛機,公路行駛每小時車速185公里。

萬事俱備只欠東風,踢進這臨門一腳的是以色列人。在經歷了十幾年的技術攻關之後,2014年,以色列垂直起降飛行器AirMule,完成了包括起飛、定位飛行、返航等在內的幾項飛行測試任務。

以色列的垂直起降飛行器 AirMule

國內的天際線飛行器理論布局示意圖

上圖是美國矽谷創業公司 KittyHawk 研發一款全電動飛行器,無需駕駛執照即可上手,總重220公斤,有8個電動力螺旋槳,最高時速40公里。不過,該飛行器目前只能在安全係數高的水面飛行。

近年來,德國電力驅動飛行器VC200、澳大利亞馬洛伊飛行摩托、紐西蘭馬丁噴射背包、匈牙利Flike等個人飛行器紛紛亮相。

德國18旋翼電力驅動飛行器VC200

多旋翼飛行器成為國內外科技公司追捧的未來出行工具之一。隨著電子技術和控制技術的發展,電動多軸旋翼小飛行器得到了迅速發展,每個旋翼分別有一個單獨的電機控制,由於採用電力驅動模式,噪音很小,控制很方便。主要用於航拍、航模飛行表演等。由於軟體的進步,所有的操作都可以實現自動駕駛控制。

日前,俄羅斯製造AK步槍的卡拉什尼科夫公司展示了一款單人多軸飛行器,它有16個引擎,單人座位,8對旋翼,可完成包括偵察、通信和其他任務。

中國幾個無人機公司在近兩年也推出了數款載人多軸飛行器,包括天際線、道恩DAWN-3和億航184(釋義為:1位乘客、8隻螺旋槳、4個軸)。

這些飛行器的設計速度大多60~100公里/小時,載重80~100公斤,採用電機驅動,續航時間約20~40分鐘之間。以自動控制為主,保留手動控制功能。多軸載人飛行器不易受複雜環境影響,可接近遮擋物或建築物飛行,不局限於起降場地,可用於醫療救護、特殊地區貨物運輸、城市交通、戰場救援等。

這些科技公司都把多軸載人飛行器算作是「飛行汽車」的範疇。

在今年年初的美國拉斯維加斯 CES 大展上,億航184打出了全球首發了全電力低空自動駕駛載人飛行器的旗號,並宣稱他們「第一次實現了人類的全自動駕駛飛行」,「給交通行業帶來了劃時代的重大變革」,並深刻影響「旅遊、物流、醫療、零售等相關行業的傳統商業模式與格局」。然而美國權威雜誌《連線》卻直接打臉,表示:「184 Is a Special Kind of Crazy 」,國內媒體更是指責其蔑視消費者智商。

很多航空專家對多軸載人飛行器存有疑慮,多數不看好,認這是一種不靠譜的產品。跟小型直升機相比,多軸飛行器的穩定性較差,安全性極低,沒有迫降能力。載人四軸飛行器旋槳外露,天生存在極大安全隱患,人員無法靠近,且無法近物飛行更不用提近物救援。

多軸飛行器的控制也是個大問題。多軸本質上是個不穩定系統,需要非常精密的飛控演算法,一般是通過內置的微型電腦,運行定製的軟體來,精確控制槳葉的旋轉速度,來實現多軸飛行器的飛行控制。這在大疆那種玩具一樣的小型飛行器上很容易實現,但在大型多軸飛行器上卻很困難,這是因為大型槳葉的轉動慣性大,難以精確控制轉速。而直升機姿態和升力調整則無需改變轉速,只靠槳葉變距就能實現。

另外,多軸飛行器的動力效率較低,只相當於直升機的三分之一,導致續航時間與載荷量很小,這是多軸始終無法作大的重要原因。

最近幾年載人飛行器湧現的原因在於,技術的突破讓原本無法實現的參數目標變成了可能,原來十幾公斤重的航空陀螺儀,現在能做到只有一個晶元大小,原來在固定翼飛機和直升機上不可能實現的操控軟體,在多軸飛行器上得以實現。

儘管很多年輕人特別喜歡玩多軸,並夢想能夠載人飛行。但是,到目前為止,除了各類科技創業公司,全世界的大型航空製造企業都很少有發展載人多軸飛行器,安全性和飛行效率是這些航空巨頭首先要考慮的問題。只有空客公司計劃在明年探索性的推出一種CityAirbus無人駕駛飛行計程車,可以垂直起降,採用四驅設計,可以搭載四名乘客,最高航速為每小時130公里。在人口密集的城市地區使用,連接主要交通樞紐,包括火車站和機場。


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