THOR变压器无人机盘旋和巡航没有妥协

翼很适合远距离巡航和承载重物，但如果您的飞机需要垂直灵活性，它们就不那么好了。另一方面，转子对于垂直灵活性非常有用，但对于长距离和重载而言它们并不是那么好。任何想要有效飞行的飞机都可以设计用于巡航或悬停，但不能同时设计。

很多人都试图想出一种做出某种妥协工作的方法。大多数情况下，这需要装订尽可能多的垂直转子，因为你有固定翼飞机的预算并且只需要一天叫它：当你想要上升或下降时，你使用垂直转子，其余的时间，你可以使用任何其他水平安装的转子。如果你非常聪明，也许你想出一种设计，使用一套转子进行​​垂直和水平飞行，或者使用某种旋转翼或者可以在飞行中俯仰的车辆; 但事实仍然是你的设计是浪费的 - 要么你在水平飞行时有无用的转子，要么在垂直飞行时没用无翼。

今年在ICRA，来自新加坡科技与设计大学的研究人员推出了一种名为THOR：Transformable HOvering Rotorcraft的新型飞行机器人。THOR通过在垂直和水平飞行模式中使用所有空气动力学表面，从飞翼转变为您真正需要相信的全身旋转双旋翼飞行器，实现了非常高的结构效率。

乍一看，THOR与单翼机有许多共同点，单翼机是单翼型，末端有一个马达，通过旋转产生升力。THOR将这个想法加倍，为自己提供两种飞行模式：悬停模式和巡航模式。在悬停模式(研究人员称之为H-MOD)中，THOR旋转到位，其翼型相互旋转180度，就像直升机上的转子一样。在巡航模式(C-MOD)中，翼型在相同方向上对齐，您将获得飞翼。

THOR飞机处于悬停配置状态。

棘手的部分当然是在过渡期间：从旋转悬停到(希望)非旋转前飞，然后再返回。您可以在视频中看到这种情况，但基本上，所有必须发生的事情是每个机翼旋转90度，由THOR中心部分的执行器驱动。以下是研究人员描述他们实验的方式：

我们在任一模式下将飞船升至约2米的高度并尝试过渡，产生一些有趣的结果。在C-MOD到H-MOD之间的过渡中，发现通过将C-MOD进入爬升，该飞行器能够可靠地保持高度，同时将其机翼切换到其H-MOD配置。我们怀疑，在足够强劲的马达的情况下，该过程在过渡步骤之后操作类似于双旋翼飞行器其中旋转翼作为升力的主要来源接管。在从H-MOD到C-MOD的过渡中，向上的C-MOD的启动再次有助于在过渡期间保持工艺高度。实际上，这些电机足够强大，几乎可以瞬间将工艺从H-MOD旋转中分离出来并将工艺推向平移。

当无人机处于悬停模式(左)时，它可以将其两个伺服器旋转大约90度(中间)以重新定向以用于巡航模式(右)。在巡航模式下，它可以反向切换到悬停模式。

除了用于机翼旋转的伺服和轴承外，THOR在悬停和巡航模式下使用其他所有结构部件，使其相对于混合动力设计具有高效率。这是一个原型，硬件和软件控制器都需要一些优化，但我们喜欢设计的创新性。

有关详细信息，我们通过电子邮件与主要作者Jun En Low和Shaohui Foong教授进行了交谈：

IEEE Spectrum：为什么结构效率对飞机很重要，THOR与传统的混合VTOL平台相比有哪些优势?

在我们研究这种新颖系统的同时，我们使用结构效率作为衡量能效的初步指标。这样，我们不受传统设计的限制。至于THOR的优势，我们认为它有可能比目前使用的任何其他混合动力系统更有效，因为在任何一种飞行模式下都不会有飞行器上的冗余或阻塞系统(因此没有冗余质量)。这也使得平台可以更加可扩展，因为致动器和控制表面的数量保持最小。

是什么让THOR成为比单翼直升机更高效或更有效的平台?

我们认为THOR更像是monocopter概念的创新和发展。在直升机中，我们在悬停时有一个很棒的系统，只有它的有效载荷必须不断旋转，更重要的是，它没有范围。THOR通过将单翼直升机概念融合到固定翼型飞行器(或反之亦然)来克服这一点。在分析和优化这样一个独特的平台时，还有许多有趣的动态。

您能描述一下悬停飞行和前飞(或前飞和悬停飞行)之间的过渡过程吗?

我们遇到的一个很酷的特点是，两种操作模式的正迎角意味着两个舵机的简单旋转大约90度会将船只翻转到右侧进行巡航。然后，飞行器突然旋转并使用原始马达推力保持高度，之后机翼返回作为主要提升源。

什么样的独特应用程序可以用于什么?

任何需要长距离和敏捷悬停的东西，并且由于其固有的扩展潜力，它可以比其他混合平台更小，这将解锁当前混合无人机太大或太大而无法操作的许多可能性!这些包括农业，监视和包裹递送，所有这些都是目前无人机发展的热门话题。

你下一步在做什么?

更强大的切换机制和非线性飞行/过渡控制，以实现更严格和激进的过渡。此外还有一个故障保护功能，利用了直升机的灵感，萨马拉水果的自然自动特性。安全在无人机中是一件非常重要的事情，如果我们能够证明这个系统在高密度人群中使用是安全的，我认为我们真的能够在这个平台的进一步发展中获得成功。

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