谈如何选配电动固定翼无人机

高洪波　张兆海　苏周　梁镇

摘 要：无人机作为新兴产业，越来越受各界关注和重视。许多爱好者纷纷购买使用各类型的无人机产品。本文以电动固定翼无人机为研究对象，从机型选择、动力系统配置、飞控设备选择三个方面着手，理清了无人机机型特点和动力系统配置原则，分析了目前主流飞控设备概况，阐述了选配的关键因素和注意要点，最后对无人机的发展做了展望。

关键词：固定翼无人机;配置;机型;动力系统;飞行控制器

中图分类号：V279

进入21世纪以来，随着无人技术的不断发展，无人机在世界各国军民领域得到持续研发和广泛运用，无人机市场也随之异常火爆。如何选择一款符合需求、配置合理的无人机成为相对复杂的问题。固定翼无人机的成熟产品相对较少，大多需要自行搭配，选配过程相对复杂，涉及因素较多。其中，油动固定翼无人机因大多用在专业场合，一般具有专业队伍支撑，这里不予讨论。而更加大众化的电动固定翼无人机的选配问题，成为许多人的困惑。因此，主要就电动固定翼无人机的选配方法进行简单探讨。

1 机型选择

选择什么样的机型，主要看需要进行哪一类飞行。是想体验轻飘飘、慢悠悠的飞行，还是要做一些高机动的动作，或者是需要速度的冲击感，其中的区别关键在于飞机翼载荷的大小。总的来说，要求机动性好、起飞着陆速度小的飞机，采用小一些的翼载荷，而要求速度高的飞机则采用大翼载荷。

新手练习一般选择翼载荷小、飞行速度慢、容易操控的“初级练习机”。这类飞机一般采用较厚的“平凸翼型”，使飞机在较低的速度下就能产生较大的升力。同时它一般还具有较高的机翼位置，通常采用带有上反角的上单翼布局，使重心位置较低，飞机会在重力的作用下自然趋于平衡。初级练习机的翼载荷一般在50-70g/dm2。

要体验大动作、高机动的特技飞行，就需要用到“特技机”。特技机的翼载荷相对略大，一般在60-100g/dm2。这类飞机的舵面一般较大，在舵面动作时可以使飞机获得较高的机动性。同时一般采用中单翼，使机翼安装位置距重心较进，让飞机可以进行较大的动作，甚至翻转飞行。

当然，除了对于翼载荷的关注，在一些场合还要关注飞机的气动布局。一般情况下，如果要进行FPV（First Person View，第一视角）远航，体验空中翱翔的感觉，会选择比较省电的飞翼布局固定翼无人机。

2 动力系统配置

首先，要根据机型类别确定飞机所需的推力大小。前文提到，不同类型的飞机的翼载荷不同，其实推动它们飞行所需的推重比也不同。推重比是飞机动力系统产生的最大推力与飞机重量的比值。对于初级练习机，其推重比一般在0.7-0.9左右，也就是说对于1kg的飞机，只需要700-900g的推力就能够让它飞起来。而对于特技机，其推重比一般要达到1以上，才能够做出各种特技动作。因此，在概略估算无人机总重量后，就可以根据机型所对应的推重比需求，计算需要多大的推力才能满足飞行要求。

然后，根据飞机所需的推力大小选择合理的电机和螺旋桨组合。电机和螺旋桨是推力的直接产生部件。按照电机的性能参数列表，可以很方便的得知它搭配不同尺寸的螺旋桨所产生的推力数据。根据飞机需要的推力可以很方便的进行选择。同时，还要考虑飞机的飞行速度，一般情况下，低速飞行的飞机采用“低转速电机+大桨”组合，而高速飞行的飞机采用“高转速电机+小桨”组合。

在确定了电机和螺旋桨组合之后，就可以根据电机的最大额定电流，选择一款合适的电调。电调，即电子调速器，是连接电源和电机的桥梁。对于特定的电机和螺旋桨组合，根据生产厂商給出的实测数据可以得知电机的最大额定电流。所选的电调一定要大于电机的最大额定电流才能保证电机的正常运转。通常情况下，还需要考虑到瞬时最大电流以及散热条件的影响。

最后，来选择一块合适的电池。电池所能提供的瞬时电流需要能够满足飞机的各种飞行需要，包括起飞、降落、平飞、大幅度动作等。因此必须要有能力提供足够大的电流才行，即电池的最大放电电流要大于动力系统的额定电流。当然，电池一般比较重，还要根据估算的飞机总重量，减去已确定的其他部件的重量，才能确定合适的电池。

3 飞行控制器选择

对于非专业人员，一般推荐选择商业飞控。因为商业飞控服务较好，用户可以不了解技术细节，只要按照说明书操作即可，降低了用户的使用难度。其实商业飞控的开发目标本身就是立足于完成特定用户的特定功能需求。它比较关注用户体验，一般还会带有一定的服务和培训。由于用途单一，可以尽量少的设置需要调试的参数，也就降低了操作门槛，甚至可以做到非专业人员操作。但是商业飞控毕竟是以盈利为目标的，所以一般相对较贵，要根据预算量力而为。

对于有一定基础，又有探索兴趣的人员，当然是选择开源飞控。所谓开源飞控就是建立在开源思想基础上的自动飞行控制器（Open Source Auto Pilot），其软件、固件和硬件都是开源的。这里的软件指的是地面站软件，固件指的是需要烧录进飞控硬件中的程序代码。大家不但可以参与软件、固件的二次开发，也可以参与硬件的研发，可以根据自己的需要添加各种功能。最终能够形成“共同开发、共同分享”的良性循环。

4 结语

无人机的种类配置越来越多，对于无人机的选择，主要还是要根据自己的实际需求。这里不可能做到面面俱到，一一介绍。只有自己积累了一定的知识，才能在纷繁复杂的配置中选出适合自己的飞机，或者是自行搭配定制。

作者简介：高洪波（1981-），男，汉族，江苏徐州人，本科，教师，讲师，研究方向：无人机。