讓“不可能”變?yōu)榭赡?br/>——涵道穿越機(jī)花飛的改進(jìn)探索

◆廣東省東莞中學(xué)松山湖學(xué)校高一（14）班 陳霖凱

穿越機(jī)又名競速無人機(jī)，是一種新興的多旋翼航模。近年來，穿越機(jī)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，操縱穿越機(jī)進(jìn)行花飛（花式飛行）、競速及航拍逐漸在模型圈成為一種潮流。

我就是一名穿越機(jī)花飛愛好者。模友們在室外飛行時(shí)常使用速度快、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)的五寸穿越機(jī)，而在室內(nèi)或人員較多的場景則常用三寸及2.5寸的涵道機(jī)、圈圈機(jī)等。穿越機(jī)和涵道機(jī)各有千秋，既有各自的優(yōu)勢，也有各自的不足。

五寸穿越機(jī)動(dòng)力強(qiáng)勁，可以輕易做出各種特技動(dòng)作，掛載運(yùn)動(dòng)相機(jī)后拍攝的畫面視覺沖擊力極強(qiáng)。但其槳葉裸露，高速旋轉(zhuǎn)的槳葉猶如砍刀一般，危險(xiǎn)系數(shù)非常高。

室內(nèi)涵道機(jī)由于有涵道圈包裹槳葉，安全系數(shù)高，不易傷人，但涵道圈給飛機(jī)帶來了額外的質(zhì)量及阻力，影響了飛機(jī)的機(jī)動(dòng)性。涵道機(jī)也因此被不少模友詬病飛行“手感”較差，沒有穿越機(jī)應(yīng)有的“自由感”。因此，鮮有花飛愛好者選擇涵道機(jī)進(jìn)行花飛。

圖1 五寸花飛機(jī)

圖2 涵道機(jī)

我原先很喜歡用五寸穿越機(jī)進(jìn)行花式飛行，但由于場地所限以及安全性的考慮，將手中的五寸穿越機(jī)換成了涵道機(jī)。限于涵道機(jī)的機(jī)動(dòng)性，我只能飛航線、掛載運(yùn)動(dòng)相機(jī)航拍視頻。在一次飛行聚會中，我觀看了本地一位模友使用五寸穿越機(jī)飛出炫酷的花式動(dòng)作后，重回花飛的念頭在我心中久久縈繞。最終，我決定重拾穿越機(jī)。

常規(guī)的五寸穿越機(jī)不能滿足我的需要，于是我思考：能否打造一款機(jī)動(dòng)性如五寸穿越機(jī)，而又具備涵道機(jī)的安全性的新式涵道穿越機(jī)？

從此，我便踏上了改進(jìn)涵道機(jī)的漫漫征途。

減重——有用，但并非完全有用

給涵道機(jī)減重是我嘗試的第一個(gè)改進(jìn)方式。

涵道機(jī)的涵道圈給飛機(jī)帶來了額外的質(zhì)量與阻力，會導(dǎo)致機(jī)動(dòng)性不強(qiáng)。因此，如果給涵道圈“瘦身”，是否可以提升飛機(jī)的機(jī)動(dòng)性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)花飛。

查閱論壇、貼吧以及參考各大穿越機(jī)廠家的設(shè)計(jì)后，我發(fā)現(xiàn)給涵道圈減重常用的方式是將涵道圈設(shè)計(jì)成鏤空狀，通常是將涵道圈的中部鏤空，只留頂部與底部的框架。我也進(jìn)行了嘗試，用3D打印材料制作了驗(yàn)證機(jī)。

圖3 涵道機(jī)減重后3D打印制作的驗(yàn)證機(jī)

在試飛過程中，驗(yàn)證機(jī)撞擊人或物體時(shí)沒有出現(xiàn)槳葉擊打到被撞物的情況，而且手感更好。但在花飛測試中，其手感仍不能與五寸穿越機(jī)媲美。驗(yàn)證機(jī)不受控制，在進(jìn)行原地翻這個(gè)基礎(chǔ)動(dòng)作時(shí)甚至出現(xiàn)徑直砸向地面的情況。

這時(shí)我意識到，單純給涵道機(jī)減重的效果有限，便決定另辟捷徑，從機(jī)型設(shè)計(jì)方面入手進(jìn)行改造。

機(jī)型創(chuàng)新

一次在某視頻網(wǎng)站上瀏覽視頻時(shí)，我了解到了牙簽機(jī)。

圖4 牙簽機(jī)

牙簽機(jī)是一種在機(jī)身上采用極致輕量化設(shè)計(jì)的穿越機(jī)，其機(jī)身因?yàn)楸绕胀ù┰綑C(jī)輕，動(dòng)力系統(tǒng)卻與普通穿越機(jī)一樣強(qiáng)勁，故推重比大于普通的穿越機(jī)，可以輕松實(shí)現(xiàn)花式飛行，而且因?yàn)檩p量而降低了撞擊人或物體時(shí)的殺傷力。于是，我購入了一架牙簽機(jī)用于練習(xí)花飛。雖說牙簽機(jī)殺傷力小，但旋轉(zhuǎn)的槳葉還是存在很大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

能否將涵道穿越機(jī)和牙簽機(jī)結(jié)合，制作一架“牙簽涵道機(jī)”？

我嘗試在牙簽機(jī)上安裝自己設(shè)計(jì)的輕量涵道圈，將牙簽機(jī)裸露的槳葉包裹，制作了一架超輕型涵道機(jī)。雖然涵道圈給飛機(jī)帶來了額外質(zhì)量與阻力，但牙簽機(jī)自身推重比大的特性彌補(bǔ)了涵道圈帶來的副作用，保持了其良好的花飛手感。

圖5 作者改進(jìn)后的牙簽涵道機(jī)

經(jīng)測試，這種牙簽涵道機(jī)機(jī)動(dòng)性能與五寸穿越機(jī)媲美，在飛行過程中可以輕松完成常見的花飛動(dòng)作，美中不足就是載重能力不強(qiáng)。

動(dòng)力配置改進(jìn)

為了能在機(jī)身掛載Gopro這類性能更好的運(yùn)動(dòng)相機(jī)，我決定對前文所提的涵道圈減重后的涵道機(jī)進(jìn)行動(dòng)力系統(tǒng)改進(jìn)。

為什么我要執(zhí)著于掛載Gopro相機(jī)？首先Gopro與穿越機(jī)的適配度很高，拍攝的花飛視頻更加流暢。其次是Gopro抗摔打、撞擊能力更強(qiáng)，即便飛機(jī)本身“炸機(jī)”，相機(jī)也不會輕易損壞。

三寸涵道機(jī)較常規(guī)的電機(jī)選型為1404、1507、1408等無刷電機(jī)，這類電機(jī)的動(dòng)力相對于五寸穿越機(jī)常用的電機(jī)來說較小，在扭力等方面不占優(yōu)勢。在kv值（指每增加1v電壓電機(jī)所增加的轉(zhuǎn)速，常被模友用于比較同等電壓下電機(jī)之間的轉(zhuǎn)速差別）相同的情況下，五寸穿越機(jī)使用的電機(jī)因扭力更大，可以更輕松地扭動(dòng)螺旋槳，提供比常規(guī)三寸涵道機(jī)電機(jī)更大的動(dòng)力與速度，同時(shí)減少了電機(jī)發(fā)熱量。

我決定為這架涵道機(jī)使用6s（22.2v）電池，使用2204 2250kv電機(jī)。盡管使用的電機(jī)功率不大，而且kv值略低，但掛上Gopro相機(jī)和重裝防水殼后，依舊可在20%左右的油門位置保持懸停，而且能輕松完成普通的花飛動(dòng)作，飛行后電機(jī)未出現(xiàn)“燙手”情況。

圖6 動(dòng)力改進(jìn)

之后，一位模友受我的啟發(fā)，使用五寸穿越機(jī)中的2207 2020kv電機(jī)，制作了一款6s三寸涵道機(jī)，它能完成動(dòng)力系統(tǒng)較差的五寸涵道機(jī)更多不能實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作。

經(jīng)過我不懈的鉆研、改進(jìn)、創(chuàng)新，原本在模友眼中不能花飛的涵道機(jī)也有了花飛的可能。實(shí)踐探究的過程中，我也深刻地感受到：正如鉆研用于花飛的涵道穿越機(jī)一樣，只要勇于堅(jiān)持與創(chuàng)新，就一定能達(dá)成想達(dá)到的目標(biāo)。