当前位置: 首页 - 新闻资讯
浅析固定翼与多旋翼在不同场景下的应用及搭配作业的优势
2018-10-31

无人机正在成为一种时代符号。

近年来,无人机作为一种新兴行业快速崛起,成为时下最热门的名词之一,给各行各业提供了全新的作业方式,重新塑造了生产力。

随着应用层次的扩展,无人机的性能也逐步提升,各种类型的无人机也如雨后春笋般涌现。民用市场中,就中小型无人机而言,“多旋翼”与“固定翼”分别占据半壁江山,且各自具有较强的差异化优势,适用于不同的应用场景。


 多旋翼无人机
小巧 灵活 精准


多旋翼无人机,也称作多轴无人机,其升空动力来自多个螺旋桨带动气流后的反作用力。多旋翼无人机主要通过机臂和动力单元来划分和区别,主要有四、六、八轴,三轴六桨,四轴八桨等类型,一般来说,旋翼越多,其载荷能力与飞行可靠性也就越强。

微信图片_20190716155532.gif

四轴八桨多旋翼无人机


多旋翼无人机的飞行原理使其可从各种平面垂直起飞,大大降低了对起飞环境的限制,加之其体积较小、机身灵活,因此尤其适合在起降环境和飞行空间有较大限制的条件下进行作业。

例如今年上半年,我司就借助多旋翼无人机灵活飞行的优势,对某座位于深山峡谷中的水利工程进行了倾斜摄影航测,克服了其四面环山、安全飞行空间狭小的地理环境劣势,顺利完成了数据采集工作,为后期三维建模奠定了良好的基础。

微信图片_20190716155536.jpg

峡谷中安全飞行的空间较小,更适合用多旋翼作业


多旋翼无人机通过调节电机转速来改变旋翼转速实现升力的变化,从而控制飞行器姿态和位置,当旋翼升力之和等同于无人机总重量时,就能够达到悬停状态,因此多旋翼无人机能在空中定点悬停;加之多旋翼无人机较低的飞行高度和较慢的飞行速度,所以尤其适合进行精细化巡检任务和低空飞行任务。

微信图片_20190716155541.jpg

四旋翼飞行器沿各自由度的运动


例如在电力巡检中,多旋翼无人机可精准悬停,灵活调整定点位置,多方位拍摄电塔照片,高效、安全地协助工作人员确认输电线路是否存在接地装置松动、绝缘子损坏等缺陷,及时发现各类电塔安全隐患。

微信图片_20190716155545.jpg

多旋翼无人机进行电力巡检


又例如在交通事故、火灾、地震等突发事件发生后,多旋翼无人机可飞抵现场进行低空监控,还可根据现场情况进行救援物资抛投、空中喊话等,协助救援开展。

微信图片_20190716155547.jpg多旋翼无人机对路段交通情况进行低空监控


 固定翼无人机
速度快 航时长 效率高


固定翼无人机靠发动机的动力带动螺旋桨旋转产生的向前牵引力或是喷气产生的向前推力而前进,其升力根据空气动力学中的伯努利原理而来。

固定翼无人机机翼的结构和形状,使其在前进过程中,机翼下方的流速会低于上方的流速,从而产生机翼上、下方的压强差(即下方的压强大于上方的压强),因此就有了一个托举力(升力),使无人机得以升空。

微信图片_20190716155551.jpg

伯努利原理


空气流动速度越快,机翼上、下方的压强差就越大,升力也就越大,所以,要使固定翼无人机在空中飞行,就必须保证一定的空速速度。因此,固定翼无人机一般都具有飞行速度快的特征。

鉴于上述飞行原理,固定翼无人机在飞行过程中,前进动力只需要驱动机身前部或尾部的螺旋桨,耗电量较小,因此在相同电池容量下,固定翼无人机的航时要比多旋翼无人机长很多。

微信图片_20190716155554.jpg飞行中的固定翼无人机


由于固定翼无人机飞行速度快、航时长的特点,因此它在航测、大面积快速巡逻侦查、远距离飞行、应急响应等应用场景下具有突出优势。

一般情况下,对于航测来说,每日测量的黄金时段是正午前后两个小时。此时太阳高度最高,阳光射向地面的夹角最接近90°,地球上的物体在阳光下产生的阴影最小,测量效果最佳。而航测会遇到的不可控因素很多,比如恶劣天气、空域管制、无线电传输频段干扰等,因此作业的黄金时间就更短,对测绘效率的要求就更高。

微信图片_20190716155557.jpg搭载倾斜摄影相机的垂起固定翼无人机


在测绘作业时,固定翼无人机不仅因较快的飞行速度,提高了作业效率,而且凭借其航时长的优势,避免了因续航不足而导致的反复起降,并同时克服了因反复起降而造成的作业时间和成本的增加;也避免了数据采集时间跨度过大,造成的航片整体亮度不一致的情况,提高了数据采集质量。

因此,一般来讲,在同等作业面积、载荷重量情况下,使用固定翼无人机进行倾斜摄影航测的效率大约要比多旋翼无人机提高了30倍以上。

微信图片_20190716155600.gif

基于倾斜摄影航测数据生成的三维模型
*系统限制,gif图片质量有所损失


而对于安防领域的应用,固定翼无人机也有较大的优势。

2018年6月,我司利用一款巡航速度90km/h、续航时间120min的垂直起降固定翼无人机为某海岛城市执行城市巡逻任务,不仅在一个架次内高效完成了对所在城区的大面积快速巡逻,还凭借其优秀的抗风性能和数据传输稳定性,实现了跨海飞行作业并成功返航。

微信图片_20190716155604.gif

利用垂起固定翼进行城市巡航及跨海飞行


传统的中小型固定翼无人机,需要借助外力或跑道滑行起飞,在选择起飞场地时限制较大。而近年来兴起的垂直起降固定翼无人机,因加装了垂直起降套件,实现了垂直起降功能,大大降低了起飞场地对固定翼无人机的限制,拓展了固定翼无人机的应用范围和能力。

微信图片_20190716155607.gif

能在城市屋顶完成起降的垂起固定翼X-Swift


而大型固定翼无人机除了具备固定翼无人机的优势外,还弥补了中小型无人机载重能力的不足。

2017年12月26日,一架顺丰涂装的大型固定翼无人机“双尾蝎”在云南完成了一次应急物资精准投送。这不仅是国内首次大型无人机应急物资快速投递演示验证飞行,也开创了全球无人机空中投送应急物资的先例。

微信图片_20190716155612.jpg应急物资精准投送


“双尾蝎”身长10米,翼展20米,最大飞行高度8000米、最大起飞重量2.8吨、任务载荷能力近1吨,航程6000公里、航时35小时。其强大的载重能力和续航能力是此次验证飞行圆满举行的基础,也向世界宣告了大型固定翼无人机在物流运输领域的突出优势。


 固定翼+多旋翼协同作战
多机型搭配 综合保障


从上述论述和实战案例中我们不难发现,固定翼无人机和多旋翼无人机的差异化优势很大程度上是互补的;而随着行业需求的进一步细分和应用场景的丰富,以及实际飞行中的具体情况,采用多旋翼和固定翼进行多机型搭配进行作业,也越来越有必要,并逐渐成为趋势。

例如携恩科技政务飞行团队,此前协助成都市农委完成的秸秆禁烧无人机巡查工作,就采用了多机型搭配作业,出色地完成了任务。在本次任务中,首先派遣航时长、速度快、巡查效率高的固定翼无人机对目标区域进行大范围快速巡查,配合实时图传及时发现并定位火点。随即使用小巧灵活、隐蔽性强、飞行高度低的多旋翼无人机抵近侦查,并进行近距离取证。

微信图片_20190716155615.gif

固定翼无人机大面积巡查发现火点

微信图片_20190716155617.gif

多旋翼无人机抵近火源进行侦察


在一个月的时间内,携恩科技采用多机型搭配的方式,完成了成都多个区域上百个乡镇的秸秆禁烧工作巡查,为守护大气环境做出了积极贡献。

除此以外,在2017年9月进行的四川公安防汛救灾舟船演练中,也首先通过垂直起降固定翼无人机进行大范围搜寻、定位被困群众;然后通过多旋翼无人机抵近侦查并发射信号弹,投送救生衣等必要物资,配合引导水面船只,快速解救被困群众。

微信图片_20190716155620.gif

垂起固定翼无人机大范围搜索、定位被困群众


这是一次非常成功高效的多机型、多种装备的协同作战。它不仅体现出无人机已经由单兵作战,逐步升级到复杂性和实用性更高的多机协同阶段,也展现了无人机通过多机型搭配作业,在应急救援领域的整体解决方案。

由于飞行服务涉及的应用场景非常丰富,而每次作业都有差异化的需求和不同的环境,因此在日常作业中,携恩科技飞行服务队通常会使用固定翼+多旋翼多机型搭配作业。除此以外,我们还配备了一套能够供给全机队作业的综合保障系统,为提升作业效率、保障作业效果提供了可靠支撑。

微信图片_20190716155623.jpg

携恩科技机队配置及综合保障系统


一直以来,行业内关于多旋翼和固定翼的“优劣论”从未停止。其实,面对不同的应用场景和作业需求,二者有着不同精准定位和个体优势。相信在未来,面对行业需求的进一步细分和应用场景的逐渐丰富,以及在实战飞行作业中可能遇到的种种挑战,多机型搭配作战必将成为一种趋势。


注:文中部分资料及图片源自网络。

浅析固定翼与多旋翼在不同场景下的应用及搭配作业的优势
2018-10-31

无人机正在成为一种时代符号。

近年来,无人机作为一种新兴行业快速崛起,成为时下最热门的名词之一,给各行各业提供了全新的作业方式,重新塑造了生产力。

随着应用层次的扩展,无人机的性能也逐步提升,各种类型的无人机也如雨后春笋般涌现。民用市场中,就中小型无人机而言,“多旋翼”与“固定翼”分别占据半壁江山,且各自具有较强的差异化优势,适用于不同的应用场景。


 多旋翼无人机
小巧 灵活 精准


多旋翼无人机,也称作多轴无人机,其升空动力来自多个螺旋桨带动气流后的反作用力。多旋翼无人机主要通过机臂和动力单元来划分和区别,主要有四、六、八轴,三轴六桨,四轴八桨等类型,一般来说,旋翼越多,其载荷能力与飞行可靠性也就越强。

微信图片_20190716155532.gif

四轴八桨多旋翼无人机


多旋翼无人机的飞行原理使其可从各种平面垂直起飞,大大降低了对起飞环境的限制,加之其体积较小、机身灵活,因此尤其适合在起降环境和飞行空间有较大限制的条件下进行作业。

例如今年上半年,我司就借助多旋翼无人机灵活飞行的优势,对某座位于深山峡谷中的水利工程进行了倾斜摄影航测,克服了其四面环山、安全飞行空间狭小的地理环境劣势,顺利完成了数据采集工作,为后期三维建模奠定了良好的基础。

微信图片_20190716155536.jpg

峡谷中安全飞行的空间较小,更适合用多旋翼作业


多旋翼无人机通过调节电机转速来改变旋翼转速实现升力的变化,从而控制飞行器姿态和位置,当旋翼升力之和等同于无人机总重量时,就能够达到悬停状态,因此多旋翼无人机能在空中定点悬停;加之多旋翼无人机较低的飞行高度和较慢的飞行速度,所以尤其适合进行精细化巡检任务和低空飞行任务。

微信图片_20190716155541.jpg

四旋翼飞行器沿各自由度的运动


例如在电力巡检中,多旋翼无人机可精准悬停,灵活调整定点位置,多方位拍摄电塔照片,高效、安全地协助工作人员确认输电线路是否存在接地装置松动、绝缘子损坏等缺陷,及时发现各类电塔安全隐患。

微信图片_20190716155545.jpg

多旋翼无人机进行电力巡检


又例如在交通事故、火灾、地震等突发事件发生后,多旋翼无人机可飞抵现场进行低空监控,还可根据现场情况进行救援物资抛投、空中喊话等,协助救援开展。

微信图片_20190716155547.jpg多旋翼无人机对路段交通情况进行低空监控


 固定翼无人机
速度快 航时长 效率高


固定翼无人机靠发动机的动力带动螺旋桨旋转产生的向前牵引力或是喷气产生的向前推力而前进,其升力根据空气动力学中的伯努利原理而来。

固定翼无人机机翼的结构和形状,使其在前进过程中,机翼下方的流速会低于上方的流速,从而产生机翼上、下方的压强差(即下方的压强大于上方的压强),因此就有了一个托举力(升力),使无人机得以升空。

微信图片_20190716155551.jpg

伯努利原理


空气流动速度越快,机翼上、下方的压强差就越大,升力也就越大,所以,要使固定翼无人机在空中飞行,就必须保证一定的空速速度。因此,固定翼无人机一般都具有飞行速度快的特征。

鉴于上述飞行原理,固定翼无人机在飞行过程中,前进动力只需要驱动机身前部或尾部的螺旋桨,耗电量较小,因此在相同电池容量下,固定翼无人机的航时要比多旋翼无人机长很多。

微信图片_20190716155554.jpg飞行中的固定翼无人机


由于固定翼无人机飞行速度快、航时长的特点,因此它在航测、大面积快速巡逻侦查、远距离飞行、应急响应等应用场景下具有突出优势。

一般情况下,对于航测来说,每日测量的黄金时段是正午前后两个小时。此时太阳高度最高,阳光射向地面的夹角最接近90°,地球上的物体在阳光下产生的阴影最小,测量效果最佳。而航测会遇到的不可控因素很多,比如恶劣天气、空域管制、无线电传输频段干扰等,因此作业的黄金时间就更短,对测绘效率的要求就更高。

微信图片_20190716155557.jpg搭载倾斜摄影相机的垂起固定翼无人机


在测绘作业时,固定翼无人机不仅因较快的飞行速度,提高了作业效率,而且凭借其航时长的优势,避免了因续航不足而导致的反复起降,并同时克服了因反复起降而造成的作业时间和成本的增加;也避免了数据采集时间跨度过大,造成的航片整体亮度不一致的情况,提高了数据采集质量。

因此,一般来讲,在同等作业面积、载荷重量情况下,使用固定翼无人机进行倾斜摄影航测的效率大约要比多旋翼无人机提高了30倍以上。

微信图片_20190716155600.gif

基于倾斜摄影航测数据生成的三维模型
*系统限制,gif图片质量有所损失


而对于安防领域的应用,固定翼无人机也有较大的优势。

2018年6月,我司利用一款巡航速度90km/h、续航时间120min的垂直起降固定翼无人机为某海岛城市执行城市巡逻任务,不仅在一个架次内高效完成了对所在城区的大面积快速巡逻,还凭借其优秀的抗风性能和数据传输稳定性,实现了跨海飞行作业并成功返航。

微信图片_20190716155604.gif

利用垂起固定翼进行城市巡航及跨海飞行


传统的中小型固定翼无人机,需要借助外力或跑道滑行起飞,在选择起飞场地时限制较大。而近年来兴起的垂直起降固定翼无人机,因加装了垂直起降套件,实现了垂直起降功能,大大降低了起飞场地对固定翼无人机的限制,拓展了固定翼无人机的应用范围和能力。

微信图片_20190716155607.gif

能在城市屋顶完成起降的垂起固定翼X-Swift


而大型固定翼无人机除了具备固定翼无人机的优势外,还弥补了中小型无人机载重能力的不足。

2017年12月26日,一架顺丰涂装的大型固定翼无人机“双尾蝎”在云南完成了一次应急物资精准投送。这不仅是国内首次大型无人机应急物资快速投递演示验证飞行,也开创了全球无人机空中投送应急物资的先例。

微信图片_20190716155612.jpg应急物资精准投送


“双尾蝎”身长10米,翼展20米,最大飞行高度8000米、最大起飞重量2.8吨、任务载荷能力近1吨,航程6000公里、航时35小时。其强大的载重能力和续航能力是此次验证飞行圆满举行的基础,也向世界宣告了大型固定翼无人机在物流运输领域的突出优势。


 固定翼+多旋翼协同作战
多机型搭配 综合保障


从上述论述和实战案例中我们不难发现,固定翼无人机和多旋翼无人机的差异化优势很大程度上是互补的;而随着行业需求的进一步细分和应用场景的丰富,以及实际飞行中的具体情况,采用多旋翼和固定翼进行多机型搭配进行作业,也越来越有必要,并逐渐成为趋势。

例如携恩科技政务飞行团队,此前协助成都市农委完成的秸秆禁烧无人机巡查工作,就采用了多机型搭配作业,出色地完成了任务。在本次任务中,首先派遣航时长、速度快、巡查效率高的固定翼无人机对目标区域进行大范围快速巡查,配合实时图传及时发现并定位火点。随即使用小巧灵活、隐蔽性强、飞行高度低的多旋翼无人机抵近侦查,并进行近距离取证。

微信图片_20190716155615.gif

固定翼无人机大面积巡查发现火点

微信图片_20190716155617.gif

多旋翼无人机抵近火源进行侦察


在一个月的时间内,携恩科技采用多机型搭配的方式,完成了成都多个区域上百个乡镇的秸秆禁烧工作巡查,为守护大气环境做出了积极贡献。

除此以外,在2017年9月进行的四川公安防汛救灾舟船演练中,也首先通过垂直起降固定翼无人机进行大范围搜寻、定位被困群众;然后通过多旋翼无人机抵近侦查并发射信号弹,投送救生衣等必要物资,配合引导水面船只,快速解救被困群众。

微信图片_20190716155620.gif

垂起固定翼无人机大范围搜索、定位被困群众


这是一次非常成功高效的多机型、多种装备的协同作战。它不仅体现出无人机已经由单兵作战,逐步升级到复杂性和实用性更高的多机协同阶段,也展现了无人机通过多机型搭配作业,在应急救援领域的整体解决方案。

由于飞行服务涉及的应用场景非常丰富,而每次作业都有差异化的需求和不同的环境,因此在日常作业中,携恩科技飞行服务队通常会使用固定翼+多旋翼多机型搭配作业。除此以外,我们还配备了一套能够供给全机队作业的综合保障系统,为提升作业效率、保障作业效果提供了可靠支撑。

微信图片_20190716155623.jpg

携恩科技机队配置及综合保障系统


一直以来,行业内关于多旋翼和固定翼的“优劣论”从未停止。其实,面对不同的应用场景和作业需求,二者有着不同精准定位和个体优势。相信在未来,面对行业需求的进一步细分和应用场景的逐渐丰富,以及在实战飞行作业中可能遇到的种种挑战,多机型搭配作战必将成为一种趋势。


注:文中部分资料及图片源自网络。

追逐光,成为光!携恩科技多名党员荣获表彰!
点赞表彰!他们用无人机践行社会责任
携恩科技组织学习观看庆祝中国共产主义青年团成立100周年大会直播
百年风华,接续奋斗!携恩科技团支部获“成都市五四红旗团支部”!
夜以继日,争分夺秒|政企同心协力抗击疫情,坚决阻断疫情传播链!
虎啸龙吟贺新春,冲天只待添翼人!
2021,青山不负,答卷无悔!2022,踔厉奋发,笃行不怠!
感悟思想伟力 凝聚奋进动力 | 省青企协信息技术组别及联享街区综合党委学习贯彻十九届六中全会精神
携手共进 联享未来 | 省青企协联享街区及携恩科技“会员之家”授牌成立!
高新“智慧”助攻成都全球夺冠!无人航空飞行员请求出战!
疫情防控,人人有责!携恩科技“天空之眼”助力成都多个区域进行疫情防控工作!
携恩科技“无人航空+数字孪生”城市治理模式亮相创交会,并再次入选新经济“双百工程”!
推进生态环境保护执法队伍建设,打响环保攻坚战!
成都高新区政务服务中心新址今日正式启用!无人机全自动机场同步上新!
携恩科技驰援雅安市天全县山洪泥石流灾害救援!
飞跃星辰大海,遍历大好河山!民盟成都市新阶层联合支部调研携恩科技!
央视5分钟:你奋斗在天府几街?
致敬青春,献礼百年丨携恩科技开展“青春心向党,百年正风华”党史学习活动!
提升公益诉讼勘验取证能力,四川省检察机关公益诉讼勘验取证技能比武圆满结束!
这一次毫米级!DJI P1 攻克乐山大佛精细建模难题