哈利波特的“金色飞贼” 已经被人造出来了?

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/20 10:33:03
 英国著名作家J·K·罗琳享誉世界的作品《哈利波特》相信大家不会陌生,而哈利波特所在的魔法世界中有一种被称为“魁地奇”的游戏,而“魁地奇”游戏里有一个主角“金色飞贼”,这个金色的球体可以在空中自由飞行,成为了不少哈利波特迷幻想得到的东西,而在现实中,科学家们正在把“金色飞贼”逐渐变成现实,现实世界中的金色飞贼会是什么样呢?请看下面的文章。

  哈利波特和”金色飞贼“

  其实,“金色飞贼”可以看成是一款球形的无人机,从这个方向上向前发展,就可以得到答案。球形无人机是一种新型的方案,该飞行器具有以任意姿态垂直起降,空中定点悬停,空中倚靠悬停,地面滚动行走,能很好地抵抗外界不利环境和不必要的坠撞。

  球形飞行器的概念来源于2011年日本防卫省的一项发明,飞机总重350g,直径42cm,飞行时间8分钟,速度小于60km/h(推测)。飞机可穿梭于窄巷、在目标上空定点悬浮、垂直起降等特点。这款飞行器的飞行原理类似于直升机,前进时需要倾斜机身,这样就限制了飞行器前进的速度。



  虽然日本的Hoverball外形和“金色飞贼”有差距,但功能已有不少接近

  日本东京大学的工程师开发了一款球形无人机运动设备(Hover ball),在圆形的塑料外壳中内置了一个90mm宽的小型四旋翼飞行器,这种“球”可以实现飞行、悬停和瞬间转向,它能在空中停留最高5分钟,也可以只在地面活动。

  国内近两年也对球形飞行器进行了探索性研究。2012年,南京航空航天大学的研制团队在首届“中航工业”杯国际无人机大赛上展出了一款非常规布局的飞行器——X飞行器,其总体外形类似球形,该飞行器材料比较简单,飞行器的重量只有200克,主要结构由两块KT板“十”字交叉,位于两板交叉中上部的螺旋桨为飞行器提供主要的动力。在飞行器的底部,有两面扇形的舵面,可以调节飞行器飞行方向和角度。该X飞行器由两块板交叉而成,外面没有固定的框架,结构的强度和稳定性不足。





  中国南京航空航天大学学生设计的“X飞行器”也有球型飞行器的影子

  该飞行器有别于常规飞机的总体布局,它没有机翼、平尾和垂尾,其最大的特点是飞机所有系统都被一个类似于灯笼骨架的“笼子”包裹起来,即使飞行器撞上地面或是空中固定装置,对飞行器也毫无影响,体现了很好的自我保护能力。

  球形框架内布置着飞行器所有的系统,包括动力系统,飞行控制系统,任务载荷等,如图6所示。动力系统主要包括顶部的螺旋桨和底部的电池组,螺旋桨用于垂直起降时提供拉力,平飞时提供前进的推力,电池组为螺旋桨提供动力。飞行控制系统主要包含三个舵机、尾桨。任务载荷位于球形无人机底部的球形装置内,可根据需要装上不同任务传感器,实现不同的任务功能。

  球形无人机的性能特点,分系统设计时要考虑以下几个因素:能实现垂直起降和地面滚动;可以有效的保护飞机内部系统,避免被碰撞损坏;能有效地抵消螺旋桨旋转带来的反扭矩;能实现以任意姿态起降,且起降不受地形影响;结构设计和布置尽量保持对称性,避免飞行中发生偏斜和失稳。



 为了使无人机具有地面滚动能力、自我保护能力和一定的抗坠撞能力,球形的机身由八根截面为椭圆形的框纵向首尾连接组合而成,框与框之间的夹角都是45?。为了增强机身的稳定性和刚度,在机身下部绕机身横向布置一个框。所有的框采用复合材料,重量轻结构强。另外,在所有框的外面布置了一圈橡胶制成的减震胎,使飞机具有良好的抗坠撞能力,同时在高空倚靠障碍物时增大摩擦力,便于稳定倚靠侦察。

  这样设计的机身,不论是强度还是刚度都非常强,且有一定的弹性。当飞行器重着陆撞上地面,首先减震胎吸收一部分能量,然后会以滚动的方式来吸收一部分撞击能量,尽量减少对飞行器损坏,体现了一定的自我保护和抗坠撞的能力。

  飞行器上共有四片舵面呈相互垂直分布。四片舵面分为两组,一组舵面的展向与尾桨支架的轴线平行(称1号舵面),另一组舵面的展向与尾桨支架的轴线垂直(称2号舵面),四片舵面都采用对称翼型。



  一个比较成熟的球型无人机构型,这个构型飞控复杂但对新飞控布局模式的探索很有意义

 1号舵面由舵机1驱动同向偏转,舵面产生的气动力可以为飞行器平飞提供升力。2号舵面由舵机2驱动差动偏转,舵面产生的气动力平衡螺旋桨转动产生的附加扭矩,同时控制2号舵面可使飞行器绕自身轴线转动,以便调整飞行和地面滚动姿态。

  该球形无人机的飞行控制系统主要由三个舵机(1号舵面舵机、2号舵面舵机、尾桨舵机)、一个尾桨与飞行控制电路板组成。1号舵机驱动1号舵面同向偏转。2号舵机驱动2号舵机差动偏转。尾桨舵机可驱动尾桨支架绕自身旋转轴线转动,提高飞行器的机动性能。尾桨采用双桨上下布置方式,尾桨旋转产生的扭矩自身平衡,尾桨主要作为调姿和升力装置。该球形无人机具有人工控制和自主飞行两种控制模式。该无人机可实现地面以任意姿态垂直起飞、垂直降落、空中定点悬停、空中障碍物依靠悬停、平飞、滚转、地面滚动前进等功能。垂直起飞时,若飞行器姿态没有摆正,调节1号舵面,启动螺旋桨,同时差动偏转2号舵面来抵抗螺旋桨转动产生的扭矩。飞行器通过地面滚转摆正姿态后,加大螺旋桨油门,飞行器慢慢离地完成垂直起飞,垂直起飞时尾桨不启动。

  当飞行器需要平飞时,首先控制2号舵面,使机身转到相应平飞的方向,再开启尾桨使飞行器慢慢低头,直至飞行器平飞。平飞时螺旋桨的动力基本用于平飞的推力,此时的升力就由1号舵面和尾桨来提供。另外可转动尾桨方向,使尾桨产生的部分动力作为推力,这样可大大提高平飞的速度。

  这一设计到目前为止,还不是非常的完善,而且其飞控软件的变现难度将远远大于常规的四旋翼无人机,但是其好处也是显而易见的——旋翼在球形结构内,将形成一定的保护,不再像现在玩的四旋翼无人机旋翼容易受损的状态。而且更重要的是,这种新无人机设计无论是实用性还是可玩性都可以大大加强。

http://www.sirenji.com/article/201607/83731.html英国著名作家J·K·罗琳享誉世界的作品《哈利波特》相信大家不会陌生,而哈利波特所在的魔法世界中有一种被称为“魁地奇”的游戏,而“魁地奇”游戏里有一个主角“金色飞贼”,这个金色的球体可以在空中自由飞行,成为了不少哈利波特迷幻想得到的东西,而在现实中,科学家们正在把“金色飞贼”逐渐变成现实,现实世界中的金色飞贼会是什么样呢?请看下面的文章。

  哈利波特和”金色飞贼“

  其实,“金色飞贼”可以看成是一款球形的无人机,从这个方向上向前发展,就可以得到答案。球形无人机是一种新型的方案,该飞行器具有以任意姿态垂直起降,空中定点悬停,空中倚靠悬停,地面滚动行走,能很好地抵抗外界不利环境和不必要的坠撞。

  球形飞行器的概念来源于2011年日本防卫省的一项发明,飞机总重350g,直径42cm,飞行时间8分钟,速度小于60km/h(推测)。飞机可穿梭于窄巷、在目标上空定点悬浮、垂直起降等特点。这款飞行器的飞行原理类似于直升机,前进时需要倾斜机身,这样就限制了飞行器前进的速度。



  虽然日本的Hoverball外形和“金色飞贼”有差距,但功能已有不少接近

  日本东京大学的工程师开发了一款球形无人机运动设备(Hover ball),在圆形的塑料外壳中内置了一个90mm宽的小型四旋翼飞行器,这种“球”可以实现飞行、悬停和瞬间转向,它能在空中停留最高5分钟,也可以只在地面活动。

  国内近两年也对球形飞行器进行了探索性研究。2012年,南京航空航天大学的研制团队在首届“中航工业”杯国际无人机大赛上展出了一款非常规布局的飞行器——X飞行器,其总体外形类似球形,该飞行器材料比较简单,飞行器的重量只有200克,主要结构由两块KT板“十”字交叉,位于两板交叉中上部的螺旋桨为飞行器提供主要的动力。在飞行器的底部,有两面扇形的舵面,可以调节飞行器飞行方向和角度。该X飞行器由两块板交叉而成,外面没有固定的框架,结构的强度和稳定性不足。





  中国南京航空航天大学学生设计的“X飞行器”也有球型飞行器的影子

  该飞行器有别于常规飞机的总体布局,它没有机翼、平尾和垂尾,其最大的特点是飞机所有系统都被一个类似于灯笼骨架的“笼子”包裹起来,即使飞行器撞上地面或是空中固定装置,对飞行器也毫无影响,体现了很好的自我保护能力。

  球形框架内布置着飞行器所有的系统,包括动力系统,飞行控制系统,任务载荷等,如图6所示。动力系统主要包括顶部的螺旋桨和底部的电池组,螺旋桨用于垂直起降时提供拉力,平飞时提供前进的推力,电池组为螺旋桨提供动力。飞行控制系统主要包含三个舵机、尾桨。任务载荷位于球形无人机底部的球形装置内,可根据需要装上不同任务传感器,实现不同的任务功能。

  球形无人机的性能特点,分系统设计时要考虑以下几个因素:能实现垂直起降和地面滚动;可以有效的保护飞机内部系统,避免被碰撞损坏;能有效地抵消螺旋桨旋转带来的反扭矩;能实现以任意姿态起降,且起降不受地形影响;结构设计和布置尽量保持对称性,避免飞行中发生偏斜和失稳。



 为了使无人机具有地面滚动能力、自我保护能力和一定的抗坠撞能力,球形的机身由八根截面为椭圆形的框纵向首尾连接组合而成,框与框之间的夹角都是45?。为了增强机身的稳定性和刚度,在机身下部绕机身横向布置一个框。所有的框采用复合材料,重量轻结构强。另外,在所有框的外面布置了一圈橡胶制成的减震胎,使飞机具有良好的抗坠撞能力,同时在高空倚靠障碍物时增大摩擦力,便于稳定倚靠侦察。

  这样设计的机身,不论是强度还是刚度都非常强,且有一定的弹性。当飞行器重着陆撞上地面,首先减震胎吸收一部分能量,然后会以滚动的方式来吸收一部分撞击能量,尽量减少对飞行器损坏,体现了一定的自我保护和抗坠撞的能力。

  飞行器上共有四片舵面呈相互垂直分布。四片舵面分为两组,一组舵面的展向与尾桨支架的轴线平行(称1号舵面),另一组舵面的展向与尾桨支架的轴线垂直(称2号舵面),四片舵面都采用对称翼型。



  一个比较成熟的球型无人机构型,这个构型飞控复杂但对新飞控布局模式的探索很有意义

 1号舵面由舵机1驱动同向偏转,舵面产生的气动力可以为飞行器平飞提供升力。2号舵面由舵机2驱动差动偏转,舵面产生的气动力平衡螺旋桨转动产生的附加扭矩,同时控制2号舵面可使飞行器绕自身轴线转动,以便调整飞行和地面滚动姿态。

  该球形无人机的飞行控制系统主要由三个舵机(1号舵面舵机、2号舵面舵机、尾桨舵机)、一个尾桨与飞行控制电路板组成。1号舵机驱动1号舵面同向偏转。2号舵机驱动2号舵机差动偏转。尾桨舵机可驱动尾桨支架绕自身旋转轴线转动,提高飞行器的机动性能。尾桨采用双桨上下布置方式,尾桨旋转产生的扭矩自身平衡,尾桨主要作为调姿和升力装置。该球形无人机具有人工控制和自主飞行两种控制模式。该无人机可实现地面以任意姿态垂直起飞、垂直降落、空中定点悬停、空中障碍物依靠悬停、平飞、滚转、地面滚动前进等功能。垂直起飞时,若飞行器姿态没有摆正,调节1号舵面,启动螺旋桨,同时差动偏转2号舵面来抵抗螺旋桨转动产生的扭矩。飞行器通过地面滚转摆正姿态后,加大螺旋桨油门,飞行器慢慢离地完成垂直起飞,垂直起飞时尾桨不启动。

  当飞行器需要平飞时,首先控制2号舵面,使机身转到相应平飞的方向,再开启尾桨使飞行器慢慢低头,直至飞行器平飞。平飞时螺旋桨的动力基本用于平飞的推力,此时的升力就由1号舵面和尾桨来提供。另外可转动尾桨方向,使尾桨产生的部分动力作为推力,这样可大大提高平飞的速度。

  这一设计到目前为止,还不是非常的完善,而且其飞控软件的变现难度将远远大于常规的四旋翼无人机,但是其好处也是显而易见的——旋翼在球形结构内,将形成一定的保护,不再像现在玩的四旋翼无人机旋翼容易受损的状态。而且更重要的是,这种新无人机设计无论是实用性还是可玩性都可以大大加强。

http://www.sirenji.com/article/201607/83731.html
这种东西拼精细度和材料,国内的这方面略差