浅谈穿越机的发展与现状

2017-06-18 16:02:52 IFLIGHT 112

穿越机是FPV(第一视角)飞行器的一个特殊分支,具有体积小巧、便于携带、飞行速度快、操纵灵活、观赏性强、成本较低且对飞行场地要求灵活等特点。其多采用四轴结构,特殊用途的竞速级穿越机也有采用六轴结构的(图1)。 

  无论是结构还是用途,穿越机都与无人机不同。无人机通常体积较大、飞行速度较慢,机上搭载有能自主控制飞行状态的自驾仪器,操纵过程多由电脑完成,且对载荷有一定要求。而穿越机则体积较小,轴距通常在250-450mm之间,且飞行速度较快,通常采用手动方式操纵。 

  由于穿越机与某些消费级无人机外观结构相似,因此也有人称其为竞速用无人机,并将穿越机比赛称为无人机竞速赛。实际上,恰恰是超快的飞行速度、灵活多变的飞行动作,以及刺激的操纵体验这些一般无人机所不具备的特点推动了穿越机的迅速崛起(图2),并被越来越多的模型爱好者所喜爱。 

  国外现状 

  FPV飞行器最初采用固定翼模型飞机搭载FPV设备飞行。之后,国外有人尝试将FPV设备搭载在操纵灵活性更好的多轴飞行器上并进行飞行。随着其日渐普及,通过第一视角操纵飞行器穿越障碍物的多轴飞行器逐渐自成一派,即现在常见的穿越机。 

  搭载FPV设备后,穿越机的操纵方式从传统航模的“第三视角”变为“第一视角”,操纵感受更像电子游戏,不仅能带给使用者身临其境的感官体验,同时也让穿越机具有了与传统航模不一样的玩法。 

  目前,参与穿越机比赛的人数正在飞速增长。美国、加拿大、英国、意大利、瑞士、日本等国纷纷成立了穿越机联盟,制定了严格的赛事规范与各项标准,并定期组织大规模的专业赛事。其专业程度越来越高,而参赛者却向低龄化发展,孩子越来越多地参与到这项比赛中。2016年3月11日,迪拜耗资上亿美元举办了WDP(World Drone Prix)穿越机比赛。该赛事总奖金高达100万美金,创相关商业赛事之最,而冠军获得者是年仅15岁的英国少年班尼斯特和他的“Tornado X-Blades Banni UK”战队(图3)。这场设立了高额奖金的穿越机比赛吸引了全世界爱好者的目光。2016年3月30日,韩国无人机竞技协会主席金惠东与中国的“D1天空竞技场”负责人卢青及日本无人机竞技协会主席Terra成立了亚洲无人机竞速协会(ADRO),将致力于亚洲穿越机运动的开展与推广(图4)。 

  面对专业穿越机比赛的日渐兴起,各国监管部门的态度也有所改变。如美国联邦航空管理局(简称FAA)尽管在2014年6月就曾发布声明,要求私人拥有的航模或无人机必须在操纵人员视距内才能进行手动飞行,且禁止使用VR眼镜类第一视角飞行设备。但事实上,当操纵人员在特定区域(远离人群的森林或空场)内进行专业比赛时,FAA并不会进行限制。2015全美穿越机锦标赛上,FAA甚至派出两名代表参赛。 

  国内发展 

  穿越机进入国内的时间虽然不长,但很多省市都成立了民间穿越机联盟组织,并不时举办相关比赛,如四川的FPV RACE大奖赛、海南航模挑战赛等。同时,因入门门槛相对较低、观赏性及娱乐性较高,故穿越机项目也吸引了大批没有航模操纵经历的业余玩家加入。 

  此外,在部分整机厂商的大力推广下,很多商业化比赛的成功举办让更多厂商看到了国内市场的商机,纷纷拿出更多精力投入到穿越机的研发与推广中。如2016北京模型展上,无论是新晋厂商还是老牌航模厂商、配件供应商等,纷纷推出穿越机相关产品(图5)。而且,随着配件价格进一步降低、整机搭配方案更加成熟,国内爱好者对穿越机的关注度也将越来越高。 

  项目特点 

  穿越机主要有休闲(自由飞行)和竞技两种飞行方式。其中,自由飞行较适合单人进行,是一种将航模与电子游戏体验相结合的飞行方式。无论是自家后院、风景优美的公园森林还是光线较好的大楼内,只要有足够的空间就能飞行(图6、图7)。 

  自由飞行对穿越机的性能要求相对较低。由于眼睛距离参照物越近,感知移动速度越快,因此在通过第一视角进行观察时,较低的飞行速度也能带来刺激的感官体验,即最普通的动力搭配就能满足日常穿越飞行的需求。 

  竞技飞行则由多人同场较量,一般在布置有不同障碍门的专业比赛场地进行。比赛内容分为单圈竞速或追逐竞技等。 

  穿越机竞技飞行比赛的专业程度比较高,其比赛方式也较传统航模更加灵活。比赛时,选手需操纵其按照指定路径飞行(图8)。因穿越机飞行速度较快,飞行路径上用于穿越的障碍门尺寸有限(图9),无疑会加大选手的操纵难度。如何顺利地飞过障碍门,是选手需要面对的挑战之一。此外,设计复杂的赛道不仅具有漂亮的外观,也会增加飞行难度(图10)。 

  比赛中,成群结队的穿越机在赛道内互相追逐超越的场景,在给操纵手带来刺激的体验的同时,更让现场的观众大为赞叹。 

  机型选择 

  1.DIY穿越机 

  市面上常见的穿越机主要分为两类:DIY与成品。DIY穿越机通常需要以下装备(图11): 

  1.机架。建议选用强度高、轻量化的碳纤维机架。轴距250mm为宜。 

  2.电调(ESC)。额定电流要大于所匹配电机的最大瞬时电流,以防过载。 

  3.电机。为保证安全,必须固定牢固。 

  4.电池。建议选用放电倍率较大的电池,以满足飞行时所需的动力要求。 

  5.飞控。主要有CC3D、NAZE 32,SP Racing F3及Bee Rotor F3几种。建议初学者选用CC3D飞控,易用又便宜。而且,目前已有针对该飞控配置的较为成熟的动力搭配方案。 

  7.摄像头。分辨率至少在720P 以上,并能拍摄60帧/秒的视频。 

  8.发射机和天线。选用功率大且传输距离远的。 

  9.螺旋桨。尺寸不宜过大,以防烧毁电机。 

  10.遥控器。6通道及以上遥控器。   DIY组装一架穿越机的过程既能满足模友们的动手欲望,又是一种学习经历。由于穿越机体积较小,因此合理的走线布局与动力选择的搭配就显得极为重要。通过不断重复理论研→组装与改造→试飞的过程,模友的技术水平将得到快速提高。而且,一些高端玩家定制出的穿越机不仅性能优秀,还具有精美的外观(图12)。 

  然而,DIY穿越机虽具有配置灵活、选择种类繁多、可个性化定制等诸多优点,但复杂的组装过程与繁琐的设备搭配往往会让广大入门爱好者望而却步。成品穿越机的出现则很好地解决了这个问题。 

  2.成品穿越机 

  购买成品穿越机能够节省大量的安装时间。对不了解电子设备搭配的新手,选择技术较成熟且经过出厂质量预检的成品穿越机,飞行时也会更加安全。 

  与传统DIY穿越机完全裸露的机架不同,成品穿越机带有设计精美的机壳,飞行时更具观赏性,并且降低了“炸机”时零件飞出伤人的概率。

  笔者选购的MR25穿越机是中国台湾著名模型厂商亚拓进入多轴飞行器领域后,推出的首款穿越机(图13),共有两个规格。其中,MR25为标准版,MR25P为重心更低、速度更快的运动版。其主要技术数据见表1。 

  (1)结构特点 

  亚拓MR25外观小巧、线条硬朗,高度集成的设备固定在两层高强度的碳纤板机架中,包括电池在内的所有电子设备全部内置。整机外表干净清爽,伸展出的4个机臂可有效保护内部元件。MR25整机做工精良,无裸露螺钉。机身外壳采用了流线形设计,有多种配色可供选择。搭配与外壳同色的螺旋桨后,原本刻板的飞行器一下子就活泼了起来。 

  MR25采用MRS飞控系统(图14),并集成了ESC控制、电源管理、OSD、蓝牙及云台控制等功能。此外,该系统可通过蓝牙连接手机,安装官方APP后还可查看或设定飞行参数。 

  作为一款穿越机,MR25内置了多个LED灯组,可通过APP设定多达256种颜色方案(图15),能满足比赛与日常飞行需求。 

  该机自带5.8GHz图传,抗干扰能力更强。位于机身前端的云台带有增稳功能,可拍摄1080P高清视频。 

  MR25的电机座可根据使用需求调节角度,调节范围为-30°-+30°。电机座角度越大,其飞行速度越快(图16)。 

  (2)实际体验 

  在自稳模式下,MR25飞行及悬停时的稳定性较好,信号抗干扰能力强,可精准完成飞行动作,飞行灵活性也很出色。在不改变整机配置的前提下,仅通过改变电机座角度,就能调节飞行速度,简单易操作,可满足入门模友“暴力”飞行的需求。与一般四轴飞行器不同的是,其降落时地效影响并不明显,即使离地仅20mm,仍能“果断”地降落到指定地点。 

  MR25不仅易于操纵,而且组装简单,比较适合新手使用(图17)。按照说明书只需几步即可顺利完成组装。同时,整机配件齐全,摄像头支持外插存储卡,且无需额外购买运动相机,即可实现视频拍摄功能。 

  (3)注意事项 

  使用成品穿越机时,要注意飞行模式的选择。由于穿越机飞行高度普遍较低,而使用增稳模式后,稍不注意飞行器就有可能掉高度,对操纵水平有较高要求,因此日常练习时,不建议新手使用增稳模式。 

  虽然穿越机飞行高度较低,对空域要求不高,但对飞行环境要求较高,既要避开密集人群,又要防止周围信号干扰,建议选择空旷的场地练习。在熟悉飞行器特性并具有一定飞行基础后,再选择环境相对复杂的场地飞行。 

  “炸机”对于穿越机如“家常便饭”,因此须养成日常清洁的好习惯。每次在户外飞行后,必须及时清理机身上的灰尘或泥土,以防内部电路损坏。 

  由于穿越机与固定翼模型不同,一旦失去动力,无法通过人为方式补救,因此,飞行前必须仔细检查螺旋桨是否有裂痕、电机转子是否松动、信号接收是否正常等。此外,开机前校准陀螺仪时,必须将穿越机水平放置,以便数据校正准确。 

  随着国际大型穿越机赛事的接连举办,关注该项目的爱好者会越来越多。与此同时,结合时下最为火热的VR眼镜使用,穿越机还将发挥更大的作用。期待更多优秀的机型上市,为广大爱好者带来不一样的穿越体验。 


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