談如何選配電動固定翼無人機

高洪波　張兆海　蘇周　梁鎮

摘?要：無人機作為新興產業，越來越受各界關注和重視。許多愛好者紛紛購買使用各類型的無人機產品。本文以電動固定翼無人機為研究對象，從機型選擇、動力系統配置、飛控設備選擇三個方面著手，理清了無人機機型特點和動力系統配置原則，分析了目前主流飛控設備概況，闡述了選配的關鍵因素和注意要點，最后對無人機的發展做了展望。

關鍵詞：固定翼無人機;配置;機型;動力系統;飛行控制器

中圖分類號：V279

進入21世紀以來，隨著無人技術的不斷發展，無人機在世界各國軍民領域得到持續研發和廣泛運用，無人機市場也隨之異常火爆。如何選擇一款符合需求、配置合理的無人機成為相對復雜的問題。固定翼無人機的成熟產品相對較少，大多需要自行搭配，選配過程相對復雜，涉及因素較多。其中，油動固定翼無人機因大多用在專業場合，一般具有專業隊伍支撐，這里不予討論。而更加大眾化的電動固定翼無人機的選配問題，成為許多人的困惑。因此，主要就電動固定翼無人機的選配方法進行簡單探討。

1 機型選擇

選擇什么樣的機型，主要看需要進行哪一類飛行。是想體驗輕飄飄、慢悠悠的飛行，還是要做一些高機動的動作，或者是需要速度的沖擊感，其中的區別關鍵在于飛機翼載荷的大小。總的來說，要求機動性好、起飛著陸速度小的飛機，采用小一些的翼載荷，而要求速度高的飛機則采用大翼載荷。

新手練習一般選擇翼載荷小、飛行速度慢、容易操控的“初級練習機”。這類飛機一般采用較厚的“平凸翼型”，使飛機在較低的速度下就能產生較大的升力。同時它一般還具有較高的機翼位置，通常采用帶有上反角的上單翼布局，使重心位置較低，飛機會在重力的作用下自然趨于平衡。初級練習機的翼載荷一般在50-70g/dm2。

要體驗大動作、高機動的特技飛行，就需要用到“特技機”。特技機的翼載荷相對略大，一般在60-100g/dm2。這類飛機的舵面一般較大，在舵面動作時可以使飛機獲得較高的機動性。同時一般采用中單翼，使機翼安裝位置距重心較進，讓飛機可以進行較大的動作，甚至翻轉飛行。

當然，除了對于翼載荷的關注，在一些場合還要關注飛機的氣動布局。一般情況下，如果要進行FPV（First Person View，第一視角）遠航，體驗空中翱翔的感覺，會選擇比較省電的飛翼布局固定翼無人機。

2 動力系統配置

首先，要根據機型類別確定飛機所需的推力大小。前文提到，不同類型的飛機的翼載荷不同，其實推動它們飛行所需的推重比也不同。推重比是飛機動力系統產生的最大推力與飛機重量的比值。對于初級練習機，其推重比一般在0.7-0.9左右，也就是說對于1kg的飛機，只需要700-900g的推力就能夠讓它飛起來。而對于特技機，其推重比一般要達到1以上，才能夠做出各種特技動作。因此，在概略估算無人機總重量后，就可以根據機型所對應的推重比需求，計算需要多大的推力才能滿足飛行要求。

然后，根據飛機所需的推力大小選擇合理的電機和螺旋槳組合。電機和螺旋槳是推力的直接產生部件。按照電機的性能參數列表，可以很方便的得知它搭配不同尺寸的螺旋槳所產生的推力數據。根據飛機需要的推力可以很方便的進行選擇。同時，還要考慮飛機的飛行速度，一般情況下，低速飛行的飛機采用“低轉速電機+大槳”組合，而高速飛行的飛機采用“高轉速電機+小槳”組合。

在確定了電機和螺旋槳組合之后，就可以根據電機的最大額定電流，選擇一款合適的電調。電調，即電子調速器，是連接電源和電機的橋梁。對于特定的電機和螺旋槳組合，根據生產廠商給出的實測數據可以得知電機的最大額定電流。所選的電調一定要大于電機的最大額定電流才能保證電機的正常運轉。通常情況下，還需要考慮到瞬時最大電流以及散熱條件的影響。

最后，來選擇一塊合適的電池。電池所能提供的瞬時電流需要能夠滿足飛機的各種飛行需要，包括起飛、降落、平飛、大幅度動作等。因此必須要有能力提供足夠大的電流才行，即電池的最大放電電流要大于動力系統的額定電流。當然，電池一般比較重，還要根據估算的飛機總重量，減去已確定的其他部件的重量，才能確定合適的電池。

3 飛行控制器選擇

對于非專業人員，一般推薦選擇商業飛控。因為商業飛控服務較好，用戶可以不了解技術細節，只要按照說明書操作即可，降低了用戶的使用難度。其實商業飛控的開發目標本身就是立足于完成特定用戶的特定功能需求。它比較關注用戶體驗，一般還會帶有一定的服務和培訓。由于用途單一，可以盡量少的設置需要調試的參數，也就降低了操作門檻，甚至可以做到非專業人員操作。但是商業飛控畢竟是以盈利為目標的，所以一般相對較貴，要根據預算量力而為。

對于有一定基礎，又有探索興趣的人員，當然是選擇開源飛控。所謂開源飛控就是建立在開源思想基礎上的自動飛行控制器（Open Source Auto Pilot），其軟件、固件和硬件都是開源的。這里的軟件指的是地面站軟件，固件指的是需要燒錄進飛控硬件中的程序代碼。大家不但可以參與軟件、固件的二次開發，也可以參與硬件的研發，可以根據自己的需要添加各種功能。最終能夠形成“共同開發、共同分享”的良性循環。

4 結語

無人機的種類配置越來越多，對于無人機的選擇，主要還是要根據自己的實際需求。這里不可能做到面面俱到，一一介紹。只有自己積累了一定的知識，才能在紛繁復雜的配置中選出適合自己的飛機，或者是自行搭配定制。

作者簡介：高洪波（1981-），男，漢族，江蘇徐州人，本科，教師，講師，研究方向：無人機。