遥控直升机
可远距离控制飞行的直升飞机
遥控直升机庞巴迪公司名称:收音机controlled helicopte或R/C直升机),即能远距离控制飞行的直升机。
通常是依靠地面飞行控制人员操纵遥控设备,以动力装置驱动旋翼,通过纵向、横向、航向、升力发动机等5个通道,使遥控直升机可以垂直起降、空中悬停,朝任意方向飞行。
遥控直升机最初是由系留无人机发展而来,第二次世界大战之后,美国注意到“反潜”的重要性,于是发明了可以携带鱼雷的第一代遥控直升机。
由于遥控直升机本身的特点,它被广泛应用于电力、农业、消防、空拍等领域。除此之外,遥控直升机还有横滑、筋斗、横滚、尾旋上升、垂直拉起上升、倒飞等特技性能。因为遥控直升机本身具有的趣味性和挑战性,使得其逐渐发展成一种航模运动,吸引着众多航模爱好者。
常见的是航模遥控直升机模型,分为电动和油动两类,油动遥控直升机动力强,飞行时间长;电动遥控直升机动力更强,重量更轻,但飞行时间短。它们跟传统直升机的最大分别是多了一个副翼,以便于更好的控制旋翼的方向。
发展历史
发展背景
中国的竹蜻蜓和意大利人文艺复兴时期画家、自然科学家、工程师列奥纳多·达·芬奇(Leonardo da Vinci)的直升机草图,为现代直升机的发明提供了启示,指出了正确的思维方向,它们被公认是直升机发展史的起点。
1907年8月,法国人工程师保罗·科尔尼尔(Paul Cornu)研制出一架全尺寸载人直升机,并在同年11月13日试飞成功。这架直升机被称为“人类第一架直升机”。这架名为“飞行自行车”的直升机不仅靠自身动力离开地面0.3米,完成了垂直升空,而且还连续飞行了20秒钟,实现了自由飞行。
系留式是无人直升机发展初期出现的一种形式,例如,德国的“百眼巨人”Ⅰ型就是这种系留式。这类空中机器人的特点是采取绳索将无人直升机与地面相连,所需燃油或电力通过油管、电缆直接从地面供应,因而滞空时间长。但它的重要缺点是地面站不能与无人直升机分离,这限制了它所能达到的升空范围,不仅侦察区域范围小,而且容易被定位和攻击,现代无人直升机已不再采用这种形式。
随着可靠的电子设备、导航系统和数据传输技术的应用,使得遥控飞行成为可能。
发展历程
遥控无人直升机彻底摆脱了系留所带来的限制,但对飞行控制系统、无线电信息传送系统提出了相当高的要求。比如,美国研制的QH-50系列直升机是比较早的遥控直升机。
二战时期,第三帝国使用无限制潜艇战以及美国海军潜艇部队对日本的围困作战,说明了潜艇的非凡战略价值,美国由此开始重视反潜
1955年,美国在潜艇上装备了SQS-26主动低频声纳,探测距离达到了60公里以上,近乎十倍于同期所有类似的反潜探测装备。但SQS-26能指示的目标很多都在反潜鱼雷的攻击范围之外,射程10余公里的阿斯洛克反潜导弹也常常鞭长莫及;而具备长航程的美国海军第一代反潜直升机HSS-1目标太大且过于笨重,并不能为当时的护航驱逐舰所用。
为此美国开始使用无人遥控技术,研制出了重量不过1吨,但却可以携带一枚324毫米轻型反潜鱼雷飞行超过20海里,并准确地把鱼雷丢到声纳标定的潜艇头顶的QH-50D“DASH”无人反潜直升机。
1960年,QH-50A反潜遥控直升机试飞成功。但由于当时技术水平的限制,无人直升机的性能和功能与军方的使用要求有很大差距。在之后的不到10年时间里,美国拥有的近800架QH-50折损一半有余。美国军队无奈于70年代末期取消了QH-50的订货计划,其任务使命由空中机器人代替,无人直升机在美国的研制呈萧条趋势。
1975年,中国开始研制和生产无线电遥控模型直升机,到1977年底,全部用中国制造的器材、自行试制的遥控模型直升机诞生并飞行成功。
80年代后,随着飞控技术和电子技术的进一步发展,无人直升机的完全自主飞行成为可能。许多发达国家加快了无人直升机研制的步伐,包括美国以色列英国德国、法国、奥地利瑞典日本等。
同一时期,中国还研制成功了Z-1、Z-2两种小型遥控直升机。Z-2设计成功,成为航空工业史上第一架研制成功的20~30千克级遥控驾驶直升机。而由Z-2研制所积累的经验为后来先进无人直升机的研制奠定了基础。
进入21世纪以后,新兴科技让军用无人机的性能更加优秀,也促进了民用无人机的诞生。其中遥控直升机在农业、电力行业、广播电视行业、消防救援行业等等都发挥了重要作用。
2005年,中国国家体育总局航空无线电模型运动管理中心提出的“科技体育运动项目”包括航空模型、航海模型、无线电测向、定向越野等运动项目。其中有关于遥控直升机的全国青少年航空航天模型教育竞赛、全国航空航天模型锦标赛等竞赛项目逐渐飞入大众视野,“换个角度看世界”“360度无视觉死角”等玩法被不断翻新,备受各行各业关注。同时,“模型玩具化”概念的提出,以及技术上的突破,促成了遥控直升机在中国市场大放异彩。
工作原理
遥控设备
地面飞行控制人员操纵遥控设备,以动力装置驱动旋翼,通过纵向、横向、航向、升力发动机等5个通道去控制遥控直升机的运动。
遥控直升机有CCPM(差分螺距混合控制结构)斜盘和传统机械斜盘,传统机械斜盘是由两个舵机来分则控制斜盘的左右倾斜和前后倾斜,并由第3只独立舵机来控制变距系统,新型直升机基本不采用这种斜盘了。CCPM斜盘是由3只舵机协同工作,有利于提高控制精度和减轻重量,也是相对主流的设计。
对于采用CCPM斜盘的直升机来讲,按照FUTABA(日本双叶电子工业株式会社)标准,遥控设备的6个通道的分配顺序是:1通道一副翼、2通道一升降、3通道一油门,4通道一陀螺仪、5通道一陀螺仪辅助通道、6通道一副翼混控。第5通道的功能是控制陀螺仪的工作模式,比如:陀螺仪感度大小,锁尾或不锁尾模式切换。6通道一般与1、2通道进行联动,通过3只舵机的协同工作来控制直升机斜盘的倾斜或平行上移、平行下移。
旋翼头
遥控直升机通过使带有迎角的主旋翼桨叶(main rotor blade)旋转而产生升力,并且通过从安装于主轴(main mast)的根部的倾斜盘(swashplate)经由连杆机构使主旋翼桨叶的迎角变化,进而利用升力的变化使旋翼的旋转面倾斜,由此产生朝向倾斜方向的推力,从而进行飞行。
这就像一个陀螺一样,可以用陀螺效应的规律来理解。用鞭子抽打使陀螺旋转时,可以发现陀螺并非固定在地面一个点上旋转,而是在高速旋转的同时在地面画圈,这是陀螺的定轴性和进动性的生动体现。所谓定轴性,即陀螺在不受外力影响的情况下,它的旋转轴和转速都不会发生改变,换句话说,任何有质量的物体都有惯性,而改变一个物体的运动状态必须对其施加外力。
进动性则是指旋转物体受到外力矩作用时,其旋转平面会绕某轴转动。对一个旋转的圆盘上某一点A施一向上的力F,就会发现圆盘不会在施力处A向上抬起,而是顺着旋转方向在转过90”的B上抬了起来。这就是进动性的直观体现。
力作用于物体会产生加速度,加速度会改变速度的大小和方向,而陀螺旋转时,力矩作用于旋转物体所产生的角加速度,不仅使物体的旋转速度发生变化,也改变了旋转速度的方向。遥控以动力装置驱动旋翼,使其产生升力
若要让遥控直升机前进、左右移动,则需要改变主旋翼的旋转平面,这需要通过升力与重力的合力来实现。根据前面的分析,要改变主旋翼的旋转平面,必须对旋翼施加外力矩,而这是通过倾斜盘(Swash Plate)控制的。斜盘分为2个部分,由轴承连接。上半部分通过相位器与主轴连接,和主轴一起旋转,并通过连杆与主旋翼变距器连接;下半部分则通过连杆与能机连接。
斜盘直接决定了旋翼在旋转平面对应位置上的迎角。因为转速不变时,旋翼迎角增大则升力增大,所以改变旋翼的迎角等于改变旋翼的升力输出。如果斜盘整体上下运动,那么两个旋翼的迎角同时增大或减小,旋翼的升力输出也随之增大或减小。从而让遥控直升机实现上升与下降。这就是总距(Collective Pitch)的作用。
当斜盘倾斜时,旋翼在旋转平面上的迎角会随着位置不断改变,由此出现的升力差所产生的力矩使旋转平面改变。旋翼在旋转平面内周期性改变升力方向与大小,被称为“周期距(Cyclic Pitch)。
遥控直升机的控制,就是靠调整倾斜盘的位置与倾斜角度实现的。
尾桨
尾桨产生的推力,横向方向远离飞机重心,在飞机上产生偏航,不断反应并补偿主旋翼扭矩以保持偏航位置稳定。
尾桨推力的大小随尾桨俯仰或迎角的变化而变化。俯仰连杆或俯仰控制杆在与相应俯仰轴偏移的位置处连接到尾桨轮毂的每个俯仰臂,根据控制输入同时升高和降低,以根据需要调整叶片螺距和尾桨推力,改变和稳定飞机的偏航位置。现有技术中,尾桨控制系统操纵连接到每个变桨臂和旋转控制环的节距连杆,该节距控制环沿定子和转子轴线升高和降低。当控制环沿轴向运动时,变桨连杆与相应变桨臂的连接使每个叶片绕其变桨轴旋转,从而改变转子产生的攻角和推力
基本构造
遥控直升机的基本构造可分为:机体结构、控制系统、动力系统等。
机体结构
机身
机身是直升机的重要部件,用来支持和固定直升机的部件和系统,机体外形对直升机飞行性能、操纵性和稳定性有重要影响。一般在机翼中段上方安装旋翼,在尾梁后部或尾斜梁上安装尾桨和水平安定面。
直升机主体结构通常由FRP(纤维增强复合塑料)、ABS树胎等材料构成。
主旋翼
主旋翼主要由桨叶和桨毂组成,主要功能是将旋转动能转换成旋翼升力和拉力。
旋翼是直升机的升力面,产生使直升机升空的升力;又是直升机的操纵面,提供使直升机升降、俯仰和滚转的操纵力和力矩;而且还是直升机的推进器,拉动直升机向任何方向飞行。
尾桨
当主旋翼逆时针旋转时,主旋翼扭矩将导致飞机的机头与旋转方向相反,即向右转。这时就需要向右的尾桨产生等于主旋翼扭矩的顺时针力矩。然而,主旋翼扭矩根据施加在主旋翼上的功率大小而变化;因此,随着主旋翼功率的变化,尾桨推力必须随之改变以稳定飞机的偏航位置和姿态。
尾桨还用于控制遥控直升机绕其垂直轴的运动。通过过度补偿主旋翼扭矩,机头向左转动,反之机头向右转。改变尾桨推力会改变它施加在机身上的偏航力矩的大小,从而根据控制系统的输入改变飞机相对于垂直轴的角位置。
除此之外,在悬停条件下和飞行速度低时,遥控直升机特别容易受到横向阵风的影响。这就需要频繁、精确地纠正偏航控制,以调整尾桨推力。
控制系统
遥控设备
遥控设备分为手持遥控设备和带屏遥控器,手持遥控设备为当前主流选择。
基本的四通道遥控器只有两个操纵杆以及机械式微调、指针式场强计和正反舵开关,采用调频(FM)通讯方式。先进的14通道遥控器除了两个操纵杆外,还有7个旋钮、6个电子微调按钮、8组开关,采用彩色触摸屏和winCE(嵌入式操作系统)以及PCM(脉冲编码调制)数字通讯方式。
要遥控直升机,至少需要6通道遥控设备,多通道的遥控设备通常包含了更丰富的功能和更人性化的设置界面。因此,通道的多寡也是衡量遥控设备档次、功能、通用性功能可扩展性的重要标准。
遥控器按发射信号的模式,可分为PPM(脉冲位置调制)和PCM(脉冲编码调制)两大类。通常高级发射机都是PPM和PCM双模式的,中低档发射机则只具备PPM模式。简单来说,PPM和PCM的区别就是模拟信号传输和数字信号传输的区别,PCM在工作可靠性较优。
旋翼头
遥控直升机的旋翼头(又称为周期变距系统)是一套非常复杂的机械结构,它运用陀螺效应,达到攻角变化周期化的目的,产生相对于旋翼轴的各种方向中的拉力,从而完成前进、后退、左侧倾、右侧倾等基本飞行动作。
旋常用的旋翼头结构有贝尔式旋翼头、希拉式旋翼头、贝尔-希拉旋翼头。而对于特技直升机则100%采用贝尔-希拉混合式,又叫做全效旋翼头。采用这种结构的遥控直升机除了有主翼,还有一副小翼(平衡翼),它的作用不是产生升力,而是产生陀螺效应(如枪管中的膛线使子弹高速旋转以保持直进性就是运用的陀螺效应);相对于希拉半效旋翼头而言,全效头在操控稳定性和灵活性上可提供兼而有之的性能,具有较好的操控感,而希拉半效旋翼头结构相对简单,虽也有平衡翼,但操纵感较为迟钝,一般用在低档固定桨距直升机上。
陀螺仪
直升机飞行的基本原理是利用主翼产生反向推力而上升,但在产生升力时会产生反扭力,于是需要尾桨来抵消该扭力以维持机身平衡。但要使尾翼产生合适的推力,就需要陀螺仪来发挥作用了。
陀螺仪能够依据机身偏移的角度产生补偿信号给尾翼控制蛇机,从而使尾翼产生合适的推力。陀螺仪又分为机械式、电子式、电子锁尾式。截止至2023年11月,流行的是电子锁尾陀螺仪,比较流行的规格有Futaba GY611、GY401、GY240、Colco GY400、E-SKY 0704A和GWS PG-03等。
舵机
舵机是直升机的动作驱动装置,它由外壳、控制电路、电机齿轮和位置检测器构成。它的特性主要有扭力、速度、重量和尺寸,评判舵机性能高低的标准是:回中性、虚位大小,响应速度、耐用度等。
不同型号的舵机有不同的用途,有的用于斜盘控制,有的则用于尾舵驱动,因为它们属于数码舵机,具有更高的性能。
斜盘舵机和尾舵机因为用途不一样,所以规格通常也不一样。比如:斜盘舵机不要求较快的速度,但要求耐摔,比如全金属齿轮的Hitec HS-65MG就很耐摔。而尾舵机需要很高的响应速度和工作速度,数码舵机就比较适合,但如果要完全发挥数码舵机的性能,陀螺仪也必须支持数码舵机模式,比如Futaba GY401或以上型号。另外,若使用非数码舵机,陀螺仪不可以设置在数码模式下,否则会有烧毁舵机的风险。
动力系统
电动机
可为电动直升机动力系统提供能源的电池主要有2种,分别是锂聚合物电池氢燃料电池。锂聚合物电池有较高的功率密度,但能量密度较小。氢燃料电池是较好的能量载体,具有较高的能量密度,但是功率密度较小。其中锂离子电池是20世纪90年代初出现的新型高能电池,主要优点是:能量高、绿色环保、无污染、使用寿命长、额定电压高、循环寿命高、高低温适应性强和可快速充电等。
随着电子技术的发展,电机的功率、效率、寿命都产生了革命性的突破,而聚合物锂电池的应用,更使得电动直升机具有了前所未有的高性能,而性能好的电动直升机大部分都配置无刷马达(Brushless 摩托车)。这种电动机没有碳刷,它实际上是一颗三相交流马达,由于没有碳刷的摩擦,因此使用寿命很长,更重要的是工作效率很高(可达到90%左右)。对于无刷马达,需要有专用的驱动器,也就是无刷电调(Brushless Motor ESC)。它能够依据控制信号无级调节马达的转速。
电机具有效率高、环保性好等突出优点,同时又无需减速齿轮箱系统,大大降低了重量和机械复杂性。电机还具有结构简单、零件数量少、使用温度低冷却简单、可靠性高、维修性好等特点。
甲醇发动机
又叫电热发动机,是使用甲醇燃料的二冲程发动机。甲醇有着排放清洁、含氧量高、燃烧性能良好等特点,被认为是理想的发动机替代燃料
与四冲程发动机一样,都是利用气缸内的燃料混合气爆燃产生的能量推动活塞对外做功。
它工作的具体过程是由进入气缸的空气与雾状燃料混合形成燃气,在高温、高压环境下被电热塞点燃爆炸,所产生的巨大压力推动活塞直线运动,并通过曲轴连杆机构转换成主轴圆周运动输出功率。这一工作过程中,燃烧是否可以顺利进行并迅速蔓延至整个气缸,形成理想的爆炸,取决于“燃气”中各成分所占的比例。燃料或空气过多(过少)都不能使发动机稳定工作。
电热发动机在排气量相同的条件下,二冲程发动机的功率比四冲程发动机大,而且体积小、重量轻、结构简单、造价低。但同时电热发动机还有燃油和润滑油消耗大,润滑不充分致使发动机寿命较短,废气不能完全排出导致燃烧质量差等缺点。
汽油发动机
汽油发动机相比同级别的甲醇发动机和电机,具有成本低、拉力大、易起动、加速快、怠速稳定、飞行效果震撼和使用寿命长等优点。同时也具有在相同工作容积条件下,推重比不理想、油门线性和响应速度不如前者,尤其是不如四冲程甲醇机等缺点。
汽油发动机燃料俗称“航空汽油”,与一般汽车发动机工作原理相同,只是功率大,自重轻一些,因而对航空汽油的质量要求和车用汽油有类似之处。与电热发动机相比,所用燃料容易买到,润滑油价格低。
现有的遥控直升机用汽油发动机大多为风冷单缸四冲程发动机,其输出动力小,冷却效果差。市面上也有一些风冷双缸二冲程汽油发动机,这种发动机能满足一般的遥控直升机对动力的需求,但其散热性能一般,无法支持遥控直升机在空中进行长时间飞行。
主要分类方式
按燃料种类分
根据燃料,遥控直升机大致分为四类:二行程甲醇直升机、四行程甲醇直升机、汽油直升机、电动直升机
二行程甲醇直升机
二行程甲醇直升机是一种以甲醇为燃料的二行程模型发动机为动力的通用性直升机。素来有发动机安装体积小、重量轻但马力大的特点,是比较受欢迎的遥控直升机。
二行程甲醇直升机有20级、40级、50级、60级。20级发动机约为3.5cc(容积单位),40级发动机约为6.5cc,50级发动机为8cc,60级发动机为10cc。20级直升机是最小的机种,一般作为初学者使用。
四行程甲醇直升机
四行程甲醇直升机是近几年推出的一种产品,一般多是专业选手使用。
汽油直升机
汽油直升机是由汽油作为动力源的遥控直升机,多为20cc级的大发动机。它与二行程甲醇发动机相比,转数较低,扭力较大,所以它要通过齿轮比,设定飞机必要的转速。另外,汽油机的燃料费用相对便宜。
油动模型直升机一股分为30级、50级、60级、90级和汽油动力的260级。30级模型的发动机排量为0.3立方英寸(5mL),90级为0.9立方英寸(15mL)。小同级别的模型直升机,结构大致相同。
电动直升机
电动直升机的优点是环保、低污染、低噪声和低振动。与现有直升机相比,可实现零排放,噪声和振动水平显著降低,舒适性较好。电动直升机的电动力系统关键的是电能存储及生成系统,包括锂离子电池燃料电池和太阳能电池等。
电动直升机是使用电动机为动力的遥控直升机。它的机体较小,并且因为是以电动机作为动力来源,因此飞行时无污染和噪音,适合在室内飞行。
电动直升机有三种飞行方式:
按结构形式分
根据结构形式,遥控直升机可分为四类:一是常规单旋翼式;二是共轴双旋翼式;三是非常规双旋翼式或其它形式。
直升机有共轴双桨结构、带希拉副翼的单桨结构和无副翼单桨结构,
常规单旋翼式
常规单旋翼式有人直升机中,单旋翼带尾桨式约占直升机总数的85%以上,其它形式包括双旋翼纵列式直升机、共轴式等。以上三类在现实中都有真机,在遥控领域,也能找到相对应的模式。单旋翼带尾桨式使用尾桨平衡反扭矩,采用流线体机身,这种直升机的技术发展相对成熟。遥控直升机采用这种结构,可利用已成熟的有人机技术。
美国奥地利发展的典型常规单旋翼式遥控直升机有以下几种:
共轴双旋翼式
在共轴双旋翼式无人直升机中,两旋翼上下共轴布置,反向旋转以平衡反扭矩,其主要优点是省去了尾桨及其传动系统,结构紧凑,尤其适合于舰船和狭窄场地起降。俄罗斯等国发展的共轴双旋翼式无人直升机又可分为两种:一是采用流线体机身的形式;二是采用轴对称非流线体机身的形式。例如,俄罗斯卡莫夫设计局的“Ka-37”。
非常规双旋翼式
除主流的单旋翼常规式、共轴双旋翼式外,还出现了非常规的双旋翼式,其中值得注意的是涵道风扇式和倾转旋翼式。
其它分类
遥控直升机按尺寸,可分为:超微型、微型、中型、大型四类直升机。它们是以主旋翼的尺寸作为基本衡量标准的。超微型遥控直升机的主旋翼尺寸通常在170mm以内;微型主旋翼尺寸在200mrn左右;中型在220-325mm;大型在500mm以上。
常见的是中型直升机,以亚拓450为典型代表,主旋翼尺寸在315mm-325mm的直升机又被称为450级直升机,主旋翼尺寸在280mm左右的则为400级直升机,亚拓600CF电动直升机属于600级(等效于50级油动直升机)的大型遥控直升机。
其实直升机的“级数”没有严格的标准,大部分级数是约定俗成的,而且电动和油动对级数的定义并不完全一致,所以具体级数还要依实际情况而言。
应用领域
电力
随着科技的不断发展,直升机、无人机、机器人等先进技术被越来越广泛地应用到电网运行、建设中。
中国电力输电线路施工方面的装备和技术都有了较大的改进和变化,但与发达国家相比仍有较大差距,还不能适应电力输电线路施工面临的问题。中国电力输电线路施工现有的无人放线飞艇基本上是采用惰性气体氦气作为气囊的填充气体,以日本OS公司量产的105级航模发动机或中国制造的50级两冲程小型汽油发动机为动力输出,它们同属于自然吸气式发动机,对于自然界的海拔变化、风力变化、空气含氧量要求较高,所以很多海拔高、湿度高的地区输电线路放线作业不能正常使用,并且随着运输费和氦气价格的不断上涨,飞艇放线的优势也在逐年减弱。而包括遥控直升机在内的无人直升机相比飞艇具有操作简便、定位准确、能耗低等优点,而且它可以很好地抗拒气候变换带来的影响,是电力线路放线作业的较佳选择。
2009年,国家电网甘肃省首次采用遥控直升机放线,这次遥控直升飞机放线,应用于兰州330千伏桃树村变电站升压改造工程。遥控直升飞机跨越放线的优点明显,所跨线路不用停电,不受地形限制,减少植被损坏。这种放线方法大大加快了工程施工进度,为兰州330千伏桃树村变电站升压改造工程年底竣工提供了保障。
军事
从1962年QH-50C首飞开始,遥控直升机作为一型重要的军用装备已经发展了近60年,在战场上承担的任务也开始多元化。
遥控模型直升机在军事侦察领域具有广泛用途,其控制系统要求可靠性高、便携性好。此类飞行器一般由机身(含动力系统)、控制系统和侦察系统3部分组成。
农业
2014年4月15日,在涡阳县高炉镇陆杨村小麦高产攻关万亩示范片,操作人员正在遥控无人直升机喷洒农药。据涡阳县农业部门负责人介绍,该无人直升机可以在田间和地头起降,飞机装有半自动驾驶仪和GPS卫星定位系统。该遥控飞机自重40多斤,能承载近10斤重的药剂,使用汽油做动力燃料,每次起飞可持续飞行八至九分钟,喷洒面积可达20亩。
2015年,湖南省农机局对4家企业6个型号的超低空遥控飞行植保机进行科技成果鉴定。由通信、动力、控制、航空、农机等领域的专家组成的鉴定委员会,认为4家企业6个型号的超低空遥控飞行植保机基于无人直升机通用技术集团,针对农业应用需求,通过在直升机平台、飞控平台、施药平台等方面不同程度的创新,实现了操控稳定可靠、作业效果好、效率高、能满足农业生产需要、用户反映良好,符合湖南省地方标准,一致同意通过科技成果鉴定
日本将遥控直升飞机应用于农业生产(病虫害防治、播种),特别是在病虫害防治方面取得了显著进展。将遥控直升机用于农业生产,最初是为了弥补人工驾驶直升机的不足,如作业地域环境限制等。1989年日本农林水产省制定了遥控直升机喷布药剂暂定实施标准,促进了该项事业的发展。于1992年正式公布了“遥控直升机利用技术指导方针”,将遥控直升机的定义明确为专指总重量不足100kg的遥控式直升机。对有关安全、有效地进行喷布作业的诸项事宜也作了规定。遥控直升机的开发机构指定为“农林水产航空协会”,提出注册申请的农药即由该协会负责进行药效、药害、作物残留及对环境的影响等方面的试验。1995年时经过注册的农药已有34种。
消防救援
随着中国经济建设的快速发展,中国人民武装警察部队消防部队所担负的灭火救援任务越来越艰巨。尤其是在处置高层建筑火灾、化学危险品泄漏以及洪涝等自然灾害事故中,消防员经常会遇到无法靠近或进入到灾害事故现场,进而影响了救援工作。面对这一难题,通化市公安消防支趴党委拨出专款,委派专人负责着手进行无人驾驶消防直升机的研制组装工,成功改装了一架消防救援遥控直升机,并于2005试飞成功。该消防救援遥控直升机具有轻便、灵活、快速、准确等特点。
主要用途有以下四个:一是用于高层建筑火灾救人;二是用于液化石油气等化学危险品泄漏事故的放空点燃;三是可完成水域、沼泽、泥潭等灾害事故救人工作;四是可在空中侦察火情,并在直升机上安装常见的消防逃生器材。
另外,遥控直升机还可以进行高空检测,帮助指挥官实时监控事态发展。比如美国新罕布什尔州消防和救援服务机构曾使用遥控直升机协助指挥和控制大规模危急事件。飞行高度可达120m的Carvec Kestrel空中设备给事件指挥官提供实时高空视频或静态图像或热成像,并帮助他们根据势态发展进行全体人员和资源的部署。
空中拍摄
随着技术的不断发展和进步,更为理想实用遥控直升机空拍技术正在兴起。这一空拍系统通常是以小型无人驾驶遥控直升机作为载体,以照相机、摄像机等图像采集设备为工具,从空中进行图像拍摄、记录以及传输的小型空拍系统。遥控直升机空拍系统既有载人空拍系统独特的视觉特性和优点,同时又有方便灵活、成本低廉、经济实用等优点。
随着这项技术的出现,为电视节目的空拍提供了新的思路和解决办法。它辅助电视节目的前期制作进行了一定程度的突破和创新,为观众带来视觉新感受,同时也可以为广播行业带来可观的社会效益和经济效益。
在地面人员的操控下,遥控直升机可以轻松完成地面至几千米高度的任意悬停、360度旋转、巡航飞行、特技翻转等高难度作业,可以从任意角度对目标进行自由拍摄。从某种意义上说,遥控直升机就是一台成本低廉、运输方便、操作灵活、移动自如的“超级大摇臂”,有广泛的应用前景。
一些大型遥控直升机进入广播媒体行业,也促进了一些媒体应用的问世。比如:比利时飞行镜头公司的无人直升机配备摄像机,在巴黎香丽舍大道上空航拍法国大革命二百年纪念庆典开幕式——直升机在巴黎上空距离地面十几米的地方翱翔,然后穿过了凯旋门,这是传统直升机无法做到的。
2009年,云南广播电视台还在新闻直播中进行了大胆尝试——引入了遥控直升机航拍技术,实时传输航拍画面。在长达160分钟的直播时间段里,航拍遥控直升机实时拍摄的画面多次展现在电视银屏上,让观众同步、直观地从空中看到了北京二环路快速系统的全貌,使电视直播画面表现形象化、大容量、多角度地引领观众进行了一次成功的电视体验。从索福瑞收视数据看,这次直播也取得了较好的效果.收视率达到了1.21,是平常同一时段收视率的10倍。
航模比赛
航模运动是集科技、体育与实践于一体、综合性很强的一项活动。
国务院已将“三模一电”(航模、海模、车模、少年电子技师)科技体育划归体育行政部分负责,教育部、科协等部门协同配合开展工作,并每年拨款支持这项运动的开展。航空模型运动是人类通向飞行之路和航空科技基础教育的第一步,众多发达国家参与的世锦赛、世界杯赛达半个多世纪之久,并已呈职业化模式。
遥控模型直升机运动兴起于20世纪70年代,1987年正式成为世界锦标赛的比赛项目,代号为F3C。2017年,中国中华人民共和国第十三届运动会增加了18个群众体育项目。其中包括国际级遥控模型直升机特技(F3C)、遥控模型直升机花式飞行(F3N)等。
发展趋势
遥控直升机已经发展成为一项运动,吸引着众多航模爱好者,因为精巧的设计,使得这样一项运动有着很大的吸引力和竞技性。遥控直升机除了在竞技方面给人们带来娱乐之外,在众多学科的研究领域里,遥控直升机也是一种必备的工具,给科学研究、工作处理带来了极大的便利。比如,利用遥控直升机进行环保、森林火险监测、利用遥控直升机良好的空间运动性能进行影视拍摄、制作等。
在新闻方面,无论是网络媒体,还是传统报媒和电视台,部在积极运用低成本无人机航拍技术,抢占第一现场的制空新闻视角。遥控模型直升机、多旋翼机的出现,已经把传统意义上的新闻生产竞争,从地面升向空中。能实现空中悬停拍摄、360度旋转拍摄、巡航飞行拍摄、特技飞行拍摄、重大事件和活动的现场辅助指挥或转播等高难度技术任务。可广泛应用于科学考察、旅游、城市规划、形势侦察等各个行业。
在技术工程上,航空遥感摄影测量现已成为测绘学各种比例尺地形图的首选技术,采用遥控模型直升机作为航空摄影平台、无线数字摄像头摄影、按近景摄影测量方式进行处理,测绘目标区域小面积大比例尺地形图的方式也日趋成熟。
在生物领域,《神经工程学》杂志的研究人员使用了一种非侵入性的“帽子”来捕获脑电活动,随后用电子系统来识别脑电图仪中的脑电活动模式,再与直升机的运动联系到一起。这样以来就可以靠脑电波控制直升机,比如思考内容为左手握拳,直升机就会左转。
在研究中,有五位参与者佩戴着装有64个电极的“帽子”,然后通过电脑将脑电波与运动相匹配,比如左右手握拳代表左右转向,握双拳代表上升等等。然后被设定成只依靠参与者的思维和wi-Fi网络控制直升机。试验目标为遥控直升机在大学的体育馆中稳定地穿越障碍物,参与者控制直升机躲避障碍物的成功率高达90%。医学工程研究所主任Bin He声称,他确信使用这种非侵人性的方法来收集大脑的力量,有着广泛的长期应用。脑机接口技术最终不仅能够帮助残疾人,而且还可以帮助健康的群体。
参考资料
遥控直升机入门小知识.中国航空新闻网.2023-10-30
..2023-11-03
图文详情.科普中国.2023-10-30
遥控直升机到田间.光明日报.2023-11-02
..2023-11-03
..2023-11-03
..2023-11-03
..2023-11-03
..2023-11-08
..2023-11-03
..2023-11-08
..2023-11-03
..2023-11-08
..2023-11-30
..2023-11-02
..2023-11-02
科技体育“玩”出大未来.光明日报.2023-11-08
飞过百年历史的无人机.人民周刊.2023-11-08
..2023-11-03
..2023-11-07
..2023-11-30
..2023-12-05
..2023-11-29
..2023-12-05
..2023-12-05
..2023-12-06
..2023-12-06
..2023-12-05
..2023-11-30
..2023-11-30
..2023-12-06
一种遥控直升机用风水冷双缸二冲程汽油发动机.万方数据知识服务平台.2023-12-06
..2023-11-30
航空模型DIY新手指南V1.1.东南大学.2023-11-30
..2023-11-03
..2023-11-03
..2023-12-06
..2023-11-30
..2023-11-03
..2023-11-03
..2023-11-01
遥控直升机.维普.2023-11-02
..2023-11-08
..2023-12-06
河北航模运动待腾飞.河北省体育局.2023-10-30
..2023-11-08
..2023-11-08
..2023-11-08
..2023-11-08
..2023-11-08
目录
概述
发展历史
发展背景
发展历程
工作原理
遥控设备
旋翼头
尾桨
基本构造
机体结构
机身
主旋翼
尾桨
控制系统
遥控设备
旋翼头
陀螺仪
舵机
动力系统
电动机
甲醇发动机
汽油发动机
主要分类方式
按燃料种类分
二行程甲醇直升机
四行程甲醇直升机
汽油直升机
电动直升机
按结构形式分
常规单旋翼式
共轴双旋翼式
非常规双旋翼式
其它分类
应用领域
电力
军事
农业
消防救援
空中拍摄
航模比赛
发展趋势
参考资料