見過四旋翼六旋翼N旋翼無人機的你，是否見過自旋飛行器的模樣？
展會？新聞報道？是的，你應(yīng)該都沒見過。
因為，這是幾個來自北航的學生剛剛申請專利的新品，目前還屬于科創(chuàng)項目，離真正的“上市”還有一段距離。
該項目簡介如下： 本項目瞄準未來無人機發(fā)展的需求，提出了自旋飛行器的概念及其物理模型與控制系統(tǒng)，并完成了三代樣機的制作。自旋三旋翼飛行器通過三個旋翼旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的反扭矩帶動機身朝反方向高速旋轉(zhuǎn)，通過機翼產(chǎn)生額外的升力，并獲得更好的機械穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)上，自旋三旋翼將簡化做到了極致，僅使用三個電機實現(xiàn)對飛行器的控制；控制上，五自由度飛控系統(tǒng)更加簡潔，降低了對硬件性能的要求。該款飛行器在滿足同等性能的情況下，全壽命周期成本將大大減低。
已是北京航空航天大學大三學生的李澤波是這個項目的負責人，這位來自廣東揭陽的小伙子表示，該飛行器靈感來源于自己大一時曾制作的一架四旋翼飛行器，因為沒有經(jīng)費支持，當時選擇了一款很便宜的山寨飛控。結(jié)果悲劇了，便宜飛控就像盜版碟無法保證清晰度一樣，無法對飛行器的軸向旋轉(zhuǎn)進行控制。“當飛行器由于載重分配不均導致四個電機轉(zhuǎn)速出現(xiàn)差異時，飛行器就會不停自轉(zhuǎn)，需要通過手動操控來平衡。”當時他就想，如果放任飛機的自轉(zhuǎn)是否也可行？
“在對這一問題的思考過程中，我逐漸產(chǎn)生了和周期控制的思想，即不再區(qū)分四個電機的區(qū)別，而以它們所處的位置來決定控制的信號。”這樣一來，原有的自轉(zhuǎn)就成了一種新的“穩(wěn)定性”，進一步的，使所有電機的轉(zhuǎn)向一致，機身就會在力矩的作用下快速旋轉(zhuǎn)起來，飛行器也將獲得更高的穩(wěn)定性和對稱性。
從去年五月份開始，項目團隊真正開始做自旋三旋翼無人機，“當時也只是想帶學弟們嘗試下科創(chuàng)，想用一年半的時間完成一款全新的飛行器的設(shè)計制作以及飛控的編寫。經(jīng)過一段時間的論證后，我們逐漸意識到這個項目真正的價值，尤其是在學院的馮如杯立項取得第一名的好成績后，我們下定決心要把這個項目做好。”
自旋飛行器能做什么？
自旋飛行器最大的貢獻在于為多旋翼飛行器提供了一種全新的飛行方式，極大豐富了無人機的應(yīng)用場景，為實現(xiàn)各類需求、解決各類問題提供了新思路、新方案，其發(fā)展前景十分可期。
自旋三旋翼無人機的理論價值在于建立了一套適用于自旋飛行器的全新控制算法。通過建立等效坐標系，可用更簡化的方式反映飛行器的飛行狀態(tài)，進一步通過受力等效，極大降低了自旋飛行器的受力分析復雜度。李澤波認為，以此為基礎(chǔ)，在自旋三旋翼飛行器上驗證并實現(xiàn)了等效理論控制和周期控制思路，為其他各類自旋飛行器的控制算法提供了全新方案和有益借鑒。“相較于傳統(tǒng)多旋翼飛行器，自旋飛行器具有更優(yōu)的升力效率、機動性、穩(wěn)定性和安全性。將適用于自旋飛行器的控制算法與不同的氣動設(shè)計、功能模塊相結(jié)合，可以實現(xiàn)更多領(lǐng)域的需求，也可以為無人機已經(jīng)發(fā)揮作用的領(lǐng)域提供新的優(yōu)化方案，為無人機的應(yīng)用帶來了更多可能。”
值得一提的是，該項目團隊打造的自旋飛行器，無論飛行方式還是飛控算法均為行業(yè)首創(chuàng)。目前在飛行器氣動設(shè)計和控制思路還有較大的完善和發(fā)展空間。不過，李澤波相信，隨著該技術(shù)的不斷迭代發(fā)展，自旋飛行器將以其全新的飛行方式、巧妙的控制算法和流暢的外形設(shè)計在無人機領(lǐng)域獲得更多的關(guān)注，創(chuàng)造出更大的價值。
他并不否認目前該項目還不成熟，畢竟從立項到現(xiàn)在也才一年多時間，從最開始的可行性論證、自旋飛行原理，飛行器設(shè)計、到理論模型設(shè)計、飛控代碼的編寫都沒有先例可循，工作量過于龐大，也不敢保證每一步都做得完美。到哪后續(xù)會繼續(xù)完善。
“我們做這款飛行器不是為了去完成什么現(xiàn)有飛行器做不了的工作，而只是為了追求飛行器性能的突破。”李澤波說，尤其是在低成本高效率方面，未來的很多領(lǐng)域可以替代現(xiàn)有的飛行器。“采用我們?nèi)鷻C加裝旋轉(zhuǎn)平臺的方案，已經(jīng)可以兼容現(xiàn)有多旋翼飛行器的所有功能。”未來，在諸如軍用的靶機、預警機、轟炸機、電子干擾一體機、NRBC監(jiān)測，民用的農(nóng)業(yè)植保、航模競技、通信中繼、氣象環(huán)保等領(lǐng)域，都將會有很大的應(yīng)用前景。（該項目團隊正在進行招新，如有興趣請聯(lián)系13021118966，微信同號。）
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