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垂直起降飞行器(VTOL)

PX4 使用 “VTOL” 这一术语来指代那些既能够像固定翼飞机(“飞机”)一样进行前飞,又能像直升机或多旋翼飞行器一样实现垂直起降的飞行器。

垂直科技公司:Deltaquad 四翼转换式垂直起降飞行器(QuadPlane VTOL)

垂直起降飞行器兼具多旋翼和固定翼飞行的优势:

  • 垂直起降:即使是经验不足的飞行员,也几乎能在任何地点实现起飞和降落。
  • 快速高效的固定翼飞行:能够执行更快、更远、更持久的任务,搭载更重的有效载荷。
  • 悬停:为摄影、结构扫描等提供稳定的平台。

本节将介绍 PX4 支持的垂直起降飞行器类型和配置,并提供组装、配置及飞行的总体指导。

垂直起降飞行器类型

PX4 支持三种最为重要/主要的垂直起降飞行器类型。

旋翼永久处于固定翼位置。 以机尾着地方式起飞和降落。整个飞行器向前倾斜进入前飞状态。
  • 结构简单且坚固
  • 执行机构数量少
  • 可能较难控制,尤其是在有风的情况下
  • 由于使用相同的执行机构,悬停和前飞的效率之间存在权衡
旋翼可旋转 90 度,以从多旋翼飞行姿态转换为前飞姿态。 以机腹着地方式起飞和降落。
  • 增加了用于电机倾转的执行机构
  • 机械倾转机构复杂
  • 由于控制权限更大,在悬停时比尾坐式飞行器更容易控制
多旋翼飞行和前飞分别配备独立的旋翼/飞行控制系统。以机腹着地方式起飞和降落。
  • 由于悬停和前飞推进系统相互独立,会增加额外重量
  • 由于配备专门的悬停/前飞执行机构,最容易控制
  • 能够悬停
  • 前飞推进可使用燃油发动机

一般来说,随着机械复杂性的增加,飞行器更容易操控,但成本和重量也会上升。每种类型都有其优缺点,并且基于所有这些类型都有成功的商业应用。

在上述每一种主要 “类型” 中,都存在许多可能的变体,例如电机数量、电机布局、飞行操纵面等。PX4 为许多较为常见的飞行器设置提供了机身配置。支持的配置列表见 机身参考 > 垂直起降飞行器

::: 信息

  • 如果您需要的飞行器设置未被支持,可能需要添加一种机身类型(这需要一些PX4 开发方面的专业知识)。
  • VTOL 的代码库与所有其他机身类型的代码库相同,只是增加了额外的控制逻辑,特别是用于模式转换的逻辑。 :::

飞行与飞行模式

垂直起降飞行器既可以像多旋翼飞行器一样飞行,也可以像固定翼飞行器一样飞行。多旋翼模式主要用于起飞和降落,而固定翼模式则用于高效飞行和 / 或执行任务。

垂直起降飞行器在多旋翼(MC)模式下飞行时,其飞行模式与多旋翼飞行器相同;在固定翼(FW)模式下飞行时,其飞行模式与固定翼飞行器相同。

模式之间的转换既可以由飞行员通过遥控开关启动,也可以在执行任务或其他自动模式下由 PX4 根据需要自动启动。

组装

::: 信息 有关商用和套件垂直起降飞行器的信息,请参阅:整机 :::

由 PX4 控制的飞行器通常具有相同的核心组件:一个飞行控制器,连接到电源系统、GPS、外置指南针(强烈推荐)、无线电控制系统(可选)和 / 或遥测无线电系统(可选),以及空速传感器(对于垂直起降飞行器强烈推荐)。

飞行控制器的输出连接到飞行器的电机电调以及 / 或飞行控制舵机和执行机构,这些设备单独供电。

飞行控制器输出与特定控制装置 / 电机之间的映射关系取决于所使用的飞行器机架,并在 机身参考 > 垂直起降飞行器 中指定。

组装信息涵盖多个部分:

  • 基本组装 包含的主题展示了一些流行的飞行控制器的核心组件设置。对于我们没有相关指南的飞行控制器,其设置方式通常也大致相同(并且几乎总是包含类似的设置指南)。
  • 外围设备 包含有关其他外围设备的信息,包括空速传感器
  • 机身参考 > 垂直起降飞行器 解释了对于每种机身配置,飞行控制器的哪些输出必须连接到不同的飞行控制装置:
    • 如果您的飞行器存在相应配置,请选择该配置,因为它已预先调试到足以飞行的程度(可能只需微调)。
    • 否则,选择与您的飞行器匹配的 “通用机身”。

此外,还提供了一些构建日志作为子主题,展示其他人是如何设置不同类型的飞行器的。例如,参见 FunCub 四翼转换式垂直起降飞行器(QuadPlane)

配置

垂直起降飞行器的配置涵盖多个部分:

视频

教学视频

VTOL 控制与空速故障检测(PX4 开发者峰会 2019)

尾坐式飞行器

UAV Works VALAQ 巡逻尾坐式飞行器

TBS Caipiroshka

倾转旋翼机

Convergence 倾转旋翼机

四翼转换式垂直起降飞行器(QuadPlane VTOL)

FunCub 四翼转换式垂直起降飞行器(QuadPlane)

Falcon Vertigo 四翼转换式垂直起降飞行器(QuadPlane)

Ranger 四翼转换式垂直起降飞行器(QuadPlane)