無人機空氣動力學

與飛行原理

（第二版）

（11）多旋翼電動垂直起降飛行器總體結構

多旋翼電動起降飛行器實質上是在電動多旋翼無人機的基礎上，增加安裝了適合人員乘坐的座艙、座椅和相關設備所構成的一種全新的載人航空器。多旋翼電動垂直起降飛行器總體結構由多個旋翼、機體、座艙、起落裝置和動力裝置（電動機）五部分組成。多旋翼電動垂直起降飛行器氣動布局

多旋翼電動垂直起降飛行器氣動布局多種多樣，根據(jù)最前與最后兩個旋翼軸的連線與機體前進方向是否在同一直線上，劃分為“I”型和“X”型兩種。如果連線與前進方向是在同一直線上，為“I”型，否則呈“X”型。實際應用中大多采用“X”型外形結構。除了這兩種類型以外，還有其他類型的結構外形，包括“V”型，“Y”型和“IY”型等。共軸雙旋翼

多旋翼電動垂直起降飛行器為了在不增大體積情況下使總功率更大，把兩臺電動機上下疊放，分別驅動兩個大小相同、轉向相反的旋翼，使它們產生的反扭矩相互抵消。氣動布局包括Y型共軸雙槳三軸六旋翼，V型共軸雙槳四軸八旋翼等類型。這種氣動布局雖然節(jié)省空間，但上下疊放的兩個旋翼之間存在著較大的空氣動力干擾，會導致有用功率下降20%。多旋翼電動垂直起降飛行器操縱原理由于四旋翼電動垂直起降飛行器的旋翼槳葉只能產生向上的升力，不能產生向下的推力，所以它不穩(wěn)定，很難控制好，萬一飛行器翻過來之后基本沒辦法控制回來，就墜機了。歷史的經驗證明：四旋翼飛行器的非線性、欠驅動系統(tǒng)結構讓人手來控制難度實在太高，只能用自動控制器來控制飛行姿態(tài)才能解決問題。其飛行姿態(tài)操縱，以及前后左右或是轉彎飛行是靠四個螺旋槳的轉速控制來實現(xiàn)的，當旋翼總距角保持不變的情況下，旋翼轉速越高拉力（升力）越大，多旋翼電動垂直起降飛行器操縱方式（1）垂直升降：四個旋翼同時加速（或減速）旋轉，升力加大（或減?。蜁仙ɑ蛳陆担?。當四旋翼產生的升力等于機體的自重時，保持懸停狀態(tài)。（2）原地旋轉：利用旋翼反扭矩作用力，它就會產生原地旋轉（3）水平運動：前飛時，M3、M4旋翼提高轉速，同時M1、M2降低轉速，由于機體后部的升力大于前部的升力，其飛行姿態(tài)會向前傾斜著向前飛。向后飛行時，反過來即可。（4）左右運動。當M1、M4旋翼加速，M2、M3旋翼減速時，機體向左傾斜，從而向左飛行；當M2、M3旋翼加速，M1、M4旋翼減速時，機體向右傾斜，從而向右飛行。德國初創(chuàng)公司Volocopter設計方案

世界上第一架載人試飛成功的電動垂直起降飛行器就是一架德國的多旋翼無人機，共有18個開放旋翼。2011年10月21日原型機載人首飛成功后，該原型機研發(fā)團隊成員隨后成立了初創(chuàng)公司Volocopter，對產品進行改進設計，并投入正式生產。中國億航智能技術有限公司方案中國億航智能技術有限公司成立于2014年，總部位于中國廣州，是一家集研發(fā)、生產、銷售、服務為一體高科技創(chuàng)新企業(yè)。其研發(fā)的億航216是一款雙座版的多旋翼電動垂直起降飛行器，采用全備份動力冗余安全性設計以及8軸16槳分布式電力推進系統(tǒng)。歐洲空客公司的設計方案

空中客車公司1970年由德國、法國、西班牙與英國聯(lián)合創(chuàng)立，2019年3月11日該公司研制的“城市空中客車”電動垂直起降飛行器驗證機，在德國因戈爾施塔特市公開亮相，并在該市進行了可行性測試。該機采用4軸8槳分布式電力推進系統(tǒng)，4個下半涵道風扇位于駕駛艙頂部的兩側。機長8m，寬8m，高3m，螺旋槳直徑2.8m，最大起飛重量2.2t，乘客人數(shù)4人，飛行速度120km/h，續(xù)航時間15min，動力系統(tǒng)為純電動。美國駿馬集團的設計方案

美國駿馬集團位于俄亥俄州，主要業(yè)務包括無人機和卡車生產制造。2017年6月該公司“確信飛行”多旋翼電動垂直起降飛行器在法國舉行的巴黎航展上正式亮相。2018年4月開展了多次飛行測試。2018年11月美國陸軍與駿馬集團簽訂合作研究與開發(fā)協(xié)議，探索該輕型飛行器的潛在作戰(zhàn)能力。2019年底，“確信飛行”獲得美國聯(lián)邦航空管理局頒發(fā)的型式認證。美國上升飛機公司的設計方案美國上升飛機公司2021年6月21日宣布與美國航宇公司建立合作伙伴關系，共同開發(fā)制造該公司取名為“六面體”的多旋翼電動垂直起降飛行器。機體上方配備有18個開放旋翼。全機空重190kg，由純電動推進系統(tǒng)提供動力。機體下方安裝了浮筒起落架，浮力可以支撐其在水面漂浮。該機通過招標程序，成功入選為美國空軍“敏捷至上”試飛機型項目。中國小鵬匯天公司的設計方案小鵬匯天公司是中國的一家科技初創(chuàng)企業(yè)，于2020年9月正式成立，總部位于中國廣州。2021年10月完成超五億美元A輪融資，資料顯示，這是迄今為止亞洲低空載人飛行器領域企業(yè)獲得最大單筆融資。2022年10月10日下午，中國小鵬匯天公司的雙座電動垂直起降飛行器X2在迪拜完成了海外公開首飛。美國阿拉卡技術公司的設計方案美國阿拉卡技術公司成立于2006年，總部位于美國馬薩諸塞州。2019年5月推出了世界上第一個使用氫燃料電池的多旋翼電動垂直起降飛行器，取名斯楷（Skai）。該機上方安裝有6個開放旋翼，最大續(xù)航時間為4h，最大航程600km，最多可乘坐五名乘客。以色列飛機公司的設計方案

以色列飛機公司是一家科技初創(chuàng)企業(yè)，2018年成立，其電動垂直起降飛行器采用多旋翼氣動布局。2021年6月完成了全尺寸驗證機首次懸停試飛，2022年5月該公司在美國進行了巡回展。雖然該安裝了固定機翼，但是它沒有安裝