浅谈当下eVTOL的主流飞控方式

      从飞控来说:eVTOL与传统直升机和固定翼飞机有一些相似之处,但由于其独特的设计和技术特性,也有一些显著的不同。八仙过海,各显神通,不同制造商设计制造的eVTOL拥有不同的飞控设计方式,这取决于应用场景设定、经济性、可靠性、技术复杂度等因素。

下面列举一些eVTOL主流的飞行控制方式,并以代表机型示例介绍其控制方式及原理。

 

No.1 倾斜推进方式

倾转旋翼:

某些eVTOL使用倾转旋翼系统,这意味着旋翼(或推进器)可以在水平和垂直之间倾斜。通过调整旋翼的倾斜角度,eVTOL可以在垂直起飞/降落模式与水平飞行模式之间切换。旋翼倾向前方时,产生向前的推力,实现前进飞行;向后倾时则产生向后的推力,实现后退飞行。

 

a,倾斜推进器(Tilthrust):

有些eVTOL使用固定翼推进系统,且推进器可以在垂直和水平之间倾斜,通过调整推进器的方向来控制飞行方向。这种设计在飞行器转换模式时更加灵活。

代表机型:Joby Aviation eVTOL

控制方式:JobyeVTOL采用倾转推进器系统,其机翼上装有多个电动推进器。这些推进器可以在垂直和水平之间倾斜。

方向控制:在垂直起飞时,推进器垂直向下,提供升力。起飞后,推进器逐渐倾斜至水平位置,产生向前的推力,从而使飞行器前进。通过调节推进器的倾斜角度,飞行器可以转换飞行模式,并控制飞行方向。

 

No.2多旋翼控制方式

差动推力:

多旋翼eVTOL通常具有多个固定的旋翼,通过改变每个旋翼的推力来控制飞行方向。比如,增加左侧旋翼的推力并减少右侧旋翼的推力,可以使飞行器向右侧倾斜,从而向右移动。

俯仰、滚转、偏航控制:

通过调整前后、左右旋翼的推力,可以控制eVTOL的俯仰(向上或向下倾斜)、滚转(左右倾斜)和偏航(旋转方向)。这种控制方式类似于四旋翼无人机(如无人机)的控制原理。

代表机型:Volocopter

控制方式:Volocopter是一个多旋翼eVTOL,类似于大型的多旋翼无人机,具有18个固定的电动旋翼。

方向控制:通过调整每个旋翼的推力,Volocopter可以控制俯仰、滚转和偏航。例如,增加后部旋翼的推力并减少前部旋翼的推力,飞行器将向前倾斜,产生前进的动作。通过差动推力控制,各个方向的飞行都可以实现。

 

 

No.3 翼面控制方式

舵面控制:

在某些混合型eVTOL上,固定翼设计中可能还包括传统的舵面(如副翼、方向舵和升降舵),用于控制俯仰、滚转和偏航。这种方法更类似于传统固定翼飞机的控制方式,在高速水平飞行时尤其有效。

代表机型:Vertical Aerospace VX4

控制方式:VX4是一种结合了固定翼和电动推进系统的eVTOL,在高速水平飞行时,它的翼面(如副翼、方向舵和升降舵)可以用于控制飞行方向。

方向控制:在水平飞行时,飞行员可以使用传统的副翼来控制滚转,通过升降舵来控制俯仰,通过方向舵来控制偏航。这种方式类似于固定翼飞机的控制原理,在巡航阶段特别有效。

 

No.4 推进器差动方式 

差速控制:

在一些设计中,eVTOL可能依赖于分布在飞行器周围的多个电动推进器。通过调整这些推进器的输出(如在一侧增加推力而另一侧减少推力),飞行器可以绕其中心轴旋转,实现方向控制。这种方法也被称为差动推力。 

代表机型:Lilium Jet

控制方式:Lilium Jet是使用多个小型电动喷气推进器的eVTOL。每个喷气推进器可以单独控制其推力输出。

方向控制:通过调整不同侧推进器的推力(例如,增加左侧推进器的推力,同时减少右侧的推力),Lilium Jet可以在水平面上实现偏航转向。推力的微调和差动能够精确控制飞行器的方向和姿态。

 

No.5矢量推力方式

可控喷嘴或矢量推进系统:

某些高性能eVTOL设计可能包括矢量推力技术,通过调整喷嘴或推进器的方向来直接控制推力矢量,从而影响飞行方向。这种技术常用于快速的方向调整和姿态控制。

代表机型:Bell Nexus

控制方式:Bell Nexus采用可控喷嘴的矢量推力技术。它的推进系统可以调整推力方向,而不仅仅是推力大小。

方向控制:在飞行过程中,推进器的喷嘴方向可以调整,改变推力的矢量。例如,喷嘴向下调整可以提升垂直升力,而喷嘴向前调整则可以增加前进推力。通过改变推力矢量,Bell Nexus可以在不同的飞行模式下灵活控制方向。

 

 

No.6飞行计算机与自动驾驶

自动飞行控制系统:

eVTOL通常配备了先进的飞行控制计算机和传感器,这些系统实时监测飞行器的状态,并自动调整各个控制面和推进器的输出,以保持稳定和安全的飞行。飞行员可以通过输入简单的指令(如前进、上升)来控制飞行,剩下的调整由飞行计算机自动完成。

 

代表机型:EHang 216

控制方式:EHang 216是一款全自动的eVTOL,依赖于先进的飞行控制计算机和传感器。

方向控制:EHang 216的飞行控制系统会根据飞行计划和实时传感器数据自动调整各个旋翼的推力和角度,飞行员只需设定目标方向或目的地,其余的操作由自动系统完成。这种方式大大简化了飞行员的操作负担,确保平稳的飞行体验。

  

 

No.7惯性测量单元(IMU)和其他传感器 

实时姿态调整:eVTOL通常配备惯性测量单元(IMU)和其他传感器(如GPS、气压计等),实时监测飞行器的姿态和位置。根据传感器数据,控制系统会进行必要的推力调整,以维持或改变飞行方向。IMU和其他传感器,严格意义上不属于飞行控制方式,而是辅助自动飞行的手段和技术