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無人機非得用傳統的螺旋槳?滾筒式的槳翼沒准會更好

就目前來說,對於飛行器的形態大家有已經有了一個固化的觀念,無非是使用單軸或多軸的槳翼來產生動力,比如直升機、多旋翼無人機等等。而對於“滾輪推進式”飛行器,說出來可能就比較陌生了。

滾翼式無人機

“滾輪推進式”飛行器(cyclocopter)使用的槳翼有點特殊,學術上叫做“擺線槳”,是把槳翼做成一個“滾筒式”的組合旋轉來產生推力和升力,很多人乍一看可能覺得這玩意特別新奇,但是這個概念在大約一個世紀以前就被提出了,直到後來直升機、多軸飛行器的出現,才逐漸的被人們所淡忘。

目前只有很少一部分的科研團隊在做滾翼飛行器的研究,美國德克薩斯A&M飛行實驗室的Moble Benedict教授以及他的團隊就是其中之一,最近,他們成功研究出了一個小型的滾翼飛行器,整身重量只有29克。這可能是取代直升機、多軸飛行器的又一個進步。話不多說,先看東西。

上圖就是整個飛行器飛行時的狀態,如果還是不太明白這個滾翼是如何讓無人機飛起來的,看下圖你大概就能明白了。

八個槳翼集中在一個滾筒式的結構上,滾筒自傳的時候每個槳翼都會相應的發生變化,滾筒高速滾動讓流經上下翼面的空氣產生流速差,從而在底部產生強大的推理,使得無人機起飛。同時,滾筒在運行時推向後方的氣流能夠產生向前的推力。

Moble Benedict從事滾翼飛行器研究多年,他表示,在理論上來講,滾翼方式動能效率更高,功耗更小,同時會更安靜,更節省空間,更穩定,在速度上跟直升機也相差無幾。

Moble Benedict介紹說,目前他們已經證明了,由於滾翼飛行器的結構的特殊性,其空氣動力的轉換效率要遠高於傳統的直升機,而且機動性更強,其控制方向和速度的能力要優於傳統直升機很多。

說到這,大家肯定有一個疑問,既然這個東西好處這麼多,無人機、飛行器發展了這麼久,為什麼沒有大規模採用這種方式呢?

Moble Benedict的回答是,人們曾經試圖探索滾翼式飛行器百十來年了,不過在20世紀初,直升機的巨大成功和廣泛應用,讓人們是去了對滾翼式無人機研究的興趣。另外,滾翼式無人機在早前有一個致命的問題,就是其槳翼結構比較複雜,在運行時缺乏適合的飛控穩定,如今科技已經成熟,這方面不再是問題。他們自己研發了相應的陀螺儀、加速器和處理器等等,並且對其內在軟體進行了長時間的調試,現在穩定性已經與市面上的無人機相差無幾了。

並且,以前滾翼飛行器在運行時,槳片所承受的空氣動力比較大,早前沒有合適的材料能夠適合這個承重,不過隨著科技發展,各種符合材料的出現,這一問題也就解決了。他們在試驗中使用了創新型的碳纖維複合材料來製作槳片,每片只有0.12克。

未來的研究方向

Moble Benedict教授表示,在未來,會圍繞著滾翼飛行器進行更精進的研究,從而讓這種無人機更完善,更實用。

首先他們將會對材料進行研究,設計更輕、更結實的槳片,增加其在高速旋轉下的荷載能力。

其次,需要對滾翼式飛行器的結構進行精簡,讓其更加簡單,至少不能像目前這麼複雜。

還有,對槳片形狀的設計關乎無人機在懸停、高速飛行下的狀態和效率,這方面還有待提升。

Benedict教授說,他們已經證明了這種滾翼飛行未來的潛力,他們接下來的目標之一是在大型飛行器上進行滾翼式的實驗,未來也會延伸至有人駕駛飛機。目前他們已經得到了美國軍方的資金上的支持。

其實,以擺線漿為升力的飛行器近兩年也有出現,在2014年第五屆無人機大會展覽上,一架名為風火輪的滾翼機就十分搶眼,該機也採用了兩個擺線漿為升力源,同時用作副翼控制,採用一個螺旋槳進行俯仰控制和偏航控制。不過,這架飛機在當時只是一架概念機,這兩年已經沒有了消息。

中國風火輪

在飛行器(特別是消費級無人機)形態已經被固化的當下,眾多從業者所進行的無人機研究很多都是“新瓶裝舊酒”,並沒有在形態上進行太多的思考,包括很多概念式的飛行汽車也使用了普通多旋翼無人機式的設計,這讓人不免乏味。而Benedict教授表示,待滾翼飛行器技術成熟的時候,用在飛行汽車等方向會比傳統的飛行器更加的合適,未來前景會十分廣闊。

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