談如何選配電動固定翼無人機

高洪波　張兆海　蘇周　梁鎮(zhèn)

摘?要：無人機作為新興產(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產(chǎn)品。本文以電動固定翼無人機為研究對象，從機型選擇、動力系統(tǒng)配置、飛控設(shè)備選擇三個方面著手，理清了無人機機型特點和動力系統(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，最后對無人機的發(fā)展做了展望。

關(guān)鍵詞：固定翼無人機;配置;機型;動力系統(tǒng);飛行控制器

中圖分類號：V279

進入21世紀以來，隨著無人技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機在世界各國軍民領(lǐng)域得到持續(xù)研發(fā)和廣泛運用，無人機市場也隨之異?；鸨?。如何選擇一款符合需求、配置合理的無人機成為相對復雜的問題。固定翼無人機的成熟產(chǎn)品相對較少，大多需要自行搭配，選配過程相對復雜，涉及因素較多。其中，油動固定翼無人機因大多用在專業(yè)場合，一般具有專業(yè)隊伍支撐，這里不予討論。而更加大眾化的電動固定翼無人機的選配問題，成為許多人的困惑。因此，主要就電動固定翼無人機的選配方法進行簡單探討。

1 機型選擇

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

新手練習一般選擇翼載荷小、飛行速度慢、容易操控的“初級練習機”。這類飛機一般采用較厚的“平凸翼型”，使飛機在較低的速度下就能產(chǎn)生較大的升力。同時它一般還具有較高的機翼位置，通常采用帶有上反角的上單翼布局，使重心位置較低，飛機會在重力的作用下自然趨于平衡。初級練習機的翼載荷一般在50-70g/dm2。

要體驗大動作、高機動的特技飛行，就需要用到“特技機”。特技機的翼載荷相對略大，一般在60-100g/dm2。這類飛機的舵面一般較大，在舵面動作時可以使飛機獲得較高的機動性。同時一般采用中單翼，使機翼安裝位置距重心較進，讓飛機可以進行較大的動作，甚至翻轉(zhuǎn)飛行。

當然，除了對于翼載荷的關(guān)注，在一些場合還要關(guān)注飛機的氣動布局。一般情況下，如果要進行FPV（First Person View，第一視角）遠航，體驗空中翱翔的感覺，會選擇比較省電的飛翼布局固定翼無人機。

2 動力系統(tǒng)配置

首先，要根據(jù)機型類別確定飛機所需的推力大小。前文提到，不同類型的飛機的翼載荷不同，其實推動它們飛行所需的推重比也不同。推重比是飛機動力系統(tǒng)產(chǎn)生的最大推力與飛機重量的比值。對于初級練習機，其推重比一般在0.7-0.9左右，也就是說對于1kg的飛機，只需要700-900g的推力就能夠讓它飛起來。而對于特技機，其推重比一般要達到1以上，才能夠做出各種特技動作。因此，在概略估算無人機總重量后，就可以根據(jù)機型所對應的推重比需求，計算需要多大的推力才能滿足飛行要求。

然后，根據(jù)飛機所需的推力大小選擇合理的電機和螺旋槳組合。電機和螺旋槳是推力的直接產(chǎn)生部件。按照電機的性能參數(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)飛機需要的推力可以很方便的進行選擇。同時，還要考慮飛機的飛行速度，一般情況下，低速飛行的飛機采用“低轉(zhuǎn)速電機+大槳”組合，而高速飛行的飛機采用“高轉(zhuǎn)速電機+小槳”組合。

在確定了電機和螺旋槳組合之后，就可以根據(jù)電機的最大額定電流，選擇一款合適的電調(diào)。電調(diào)，即電子調(diào)速器，是連接電源和電機的橋梁。對于特定的電機和螺旋槳組合，根據(jù)生產(chǎn)廠商給出的實測數(shù)據(jù)可以得知電機的最大額定電流。所選的電調(diào)一定要大于電機的最大額定電流才能保證電機的正常運轉(zhuǎn)。通常情況下，還需要考慮到瞬時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電流需要能夠滿足飛機的各種飛行需要，包括起飛、降落、平飛、大幅度動作等。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力系統(tǒng)的額定電流。當然，電池一般比較重，還要根據(jù)估算的飛機總重量，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

對于非專業(yè)人員，一般推薦選擇商業(yè)飛控。因為商業(yè)飛控服務較好，用戶可以不了解技術(shù)細節(jié)，只要按照說明書操作即可，降低了用戶的使用難度。其實商業(yè)飛控的開發(fā)目標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，一般還會帶有一定的服務和培訓。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的，所以一般相對較貴，要根據(jù)預算量力而為。

對于有一定基礎(chǔ)，又有探索興趣的人員，當然是選擇開源飛控。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

無人機的種類配置越來越多，對于無人機的選擇，主要還是要根據(jù)自己的實際需求。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，才能在紛繁復雜的配置中選出適合自己的飛機，或者是自行搭配定制。

作者簡介：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。