SLT-FT-Explorer

前面我使用飘飘机制作了一台SLT,飞行效果差强人意,随后拆解;这次以Ran的设计为参照,我也制作了一台VTOL-Explorer,尚在飞行测试中。
制作VTOL-Explorer垂直起降的KT天行者
机身
使用了KT板套材,flite test FT 探险者号,基本参照原版的方式制作。区别在于机翼务必要加强:原版的设计中机翼中段为三层KT板,我的首飞中没有加强机翼,导致机翼在飞行中有明显的弯折现象;后续我在机翼下表面埋入3mm碳纤片补强。
制作VTOL-Explorer垂直起降的KT天行者
 
前进动力组
KT板的天行者有一个好处,就是电机座很高,不像冲浪者只能装小桨;我在这里使用了2217电机1750KV,9*4.5螺旋桨。
升力吊舱
这是这台飞机上唯一需要自己动手增加的部件。四只2212电机1000KV,8*3.8螺旋桨,理论上9~10寸桨会更好。整个动力臂采用KT板制作,采用了典型的FT式的折叠工艺,如果接触过FT系列的飞机,什么A-Fold和B-Fold应该不会陌生。电机座下面我加了一层KT板,厚度达到10mm。KT板吊舱不需要加强,强度足够。
制作VTOL-Explorer垂直起降的KT天行者
电机座是我自己设计并制作的3D打印零件,外拉角为15度。采用外拉角的原因是,光靠电机的差速进行平转,对于VTOL来说是不够的,外拉角可以增强Yaw方向的机动力度。这种H形四旋翼架构有一个缺点:当进行Yaw方向的运动,对角线上的一对电机加速,另一对角上的电机相对减速,这给整个机架产生一个扭动的效果,而机架的扭动,又会改变Yaw的机动效果。Ran采用了KK飞控,四个升力马达的旋转方向和我是全部相反的,当他进行平转的时候,机身变形的结果是导致Yaw方向的旋转力矩变小,形成了一个负面的反馈,弱化了Yaw的控制力,这是Ran在这台飞机上的一个小小设计瑕疵;而我的电机旋转方向,导致的机身的变形效果是加强Yaw方向的旋转,是一个正面的反馈。你可以观察DJI-Inspire悟的布局,包括电机旋转方向和外拉角,也是类似的结构,让潜在的机架微量变形来加强Yaw机动力矩。
电调全部放在升力吊舱里面,电源线和信号线挖个洞引出来,走线进入机翼。升力吊舱使用胶水粘在机翼上,注意中心点尽量和飞机的重心一致。两个升力吊舱粘上以后,最好趁着胶水未干时,放在平整的地面或桌面上,保证整体完成以后,四个升力电机在一个水平面上。
由于升力吊舱和原设计的副翼有冲突,因此副翼仅启用吊舱靠外的那一段。
飞控
业余制作VTOL首推KK飞控,部署简单,有较多的用户在使用。如果想一步到位,走智能GPS飞控路线,那样就要用Pixhawk了。而我作为Multiwii飞控爱好者,使用的是自己修改固件的MWC飞控。飞控功能很单一,悬停模式实现angle自稳,巡航飞行passthrough完全靠手控飞行;我的飞控的一个缺点是SLT飞行没有缓切换功能:HOV时油门控制升力电机,推力电机关闭;SFF时油门还是控制升力电机,推力电机以预设的油门工作(我在固件中定义为了50%);FFF时油门控制推力电机。
连线
走线没有什么特别的地方。飞控使用独立的DC-DC模块供电,电压5V,四个舵机从前进动力组电调BEC取电。四个升力电机的电调的电源正极全部悬空不用。由于机翼是可拆卸的,机翼和机身之间的电源使用香蕉插头,两个副翼舵机用Y连接线,四路电调的信号线我做了一对4p杜邦插头来连接。因为整个飞机的电源是共地的了,这样电调的GND一般不要再连接到飞控上了,避免地线回路。
调试
参数没有什么需要修改的地方,我用MWC的默认PID参数在室内就悬停的不错;至于固定翼方面,因为完全是手控飞行,也就是调节一下舵机中立点、运动方向和最大行程。
飞行
我的首飞不是很漂亮。从HOV模式起飞没啥好说的,风不大的时候都没问题;随后切SFF,飞机顶风加速,大概加速了3s我就切FFF,由于重心比较靠前,切到FFF时飞机瞬间俯冲,因为高度只有5m,我立刻加油门拉杆,没有加强的机翼瞬间弯折,呈现一个将近40度的上反角,好在没有折翼。降落就比较难看了,一时间忘了自己是VTOL,依旧是关油门降高度,距离地面2m的时候切到HOV,加油门太晚,没有悬停就轻轻的敦到地上了。首飞匆匆结束,后续将再做调整。
悬停
制作VTOL-Explorer垂直起降的KT天行者
拉升
制作VTOL-Explorer垂直起降的KT天行者
过场
制作VTOL-Explorer垂直起降的KT天行者
暴力降落
制作VTOL-Explorer垂直起降的KT天行者
个人感受是,没有GPS参与下,VTOL的飞行效果还是比较依赖飞手的操作水平的,操作得当的话,完全可以在小空间进行起降。如果要获得最佳的飞行效果,除了让机身结构可靠,动力冗余充足,采用更智能的飞控是必不可少的,毕竟脱控看戏的感觉妙不可言。
制作VTOL-Explorer垂直起降的KT天行者
本机的3D打印零件和控制源码:
https://github.com/LazemanCY/3D-Design-Parts/tree/master/VTOL%20FT%20Explorer