仲维洋:Crisalion的FlyFree控制技术简介

2024-01-23 15:40

1.公司背景


据仲维洋介绍,Crisalion Mobility于2016年在西班牙圣塞巴斯蒂安成立(最初名为Umiles Group),为无人驾驶航空系统技术公司,公司总部设在西班牙马德里,为国内外客户提供定制服务。2020年,该公司更名为Umiles Next。该公司的第一架飞行原型机由西班牙Tecnalia的研究和技术开发中心制造。2023年10月25日,该公司宣布更名为Crisalion Mobility,以更好地体现公司定位。

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该公司的目的是开发和制造用于AAM的eVTOL和货运飞机、远程控制的电动乘用车。公司的使命是:成为先进、高效和可持续制造的空中和地面交通的世界领导者,以改善人们的生活。本文只介绍其空中交通部分。


公司的新名称融合了“蛹”和“狮子”的单词,蛹代表了从地面到空中的过渡,也隐喻着目前世界各地AAM 的兴起。狮子代表着打造一家面向未来的城市和城际先进空中交通 (AAM) 和先进地面交通 (AGM) 公司所需的勇气、力量和领导力。其引以为傲的FlyFree技术,这是一种独特的、获得专利的稳定系统,可以在机身姿态保持的前提下,控制每组旋翼朝向,实现抗风和更好的控制策略。FlyFree通过先进的旋翼控制系统(飞控硬件、软件、相关传感器)提供更高的效率、稳定性、可靠性和操纵性,可以最大限度地控制每个动力装置。该系统具备全向小角度矢量控制能力,在前飞或平移时,动力系统小角度转向,可以保持座舱水平,避免乘员在客舱姿态突变时的不适或恐惧感。

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Crisalion创始人兼首席执行官 Carlos Poveda Rey 表示:“有了 FlyFree技术的加持,即使在恶劣的天气条件下,乘客也能获得卓越、更安全、更舒适的飞行体验。”


2.FlyFree发展历史

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图↑ 第一架原型机试飞


2019年,该公司的电动垂直起降(eVTOL)客机原型机在室内体育场进行了首次飞行,之后一直持续试飞中。单座的多旋翼飞行器命名为 Integrity 1。还有带旋翼保护罩的设计。在2023年还发布了 Integrity 3设计,采用两组巨大的四旋翼和倾转系统,尾部还有一个涵道螺旋桨保持平衡和起到控制作用。

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由于 Integrity 3的设计与之前的FlyFree的控制思路变化较大,Crisalion觉得需要保持原味,于是就出现了Integrity 6。


Integrity 6是一款远程客运和航空货运eVTOL概念设计飞机。这架飞机有一名飞行员,可搭载五名乘客及其行李。Integrity 6是为1名飞行员+5名乘客打造的,其出入设计可供行动不便的人使用。它的续航里程为100km,巡航速度为180km/h,最高速度约为216km/h。有16个螺旋桨、16个电机,并使用电池作为动力源。


机翼为上单翼,内段为平直翼,带有舵面,可能起襟翼或襟副翼作用,外段为下反的小翼,避免机翼过于稳定,影响机动性。尾翼为T尾组合形式,平尾为梯形翼,带有舵面。


飞机采用固定的前三点轮式起落架。

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最初公司的效果图和模型上面,16个螺旋桨均为采用一定角度固定安装的。而2024年1月,Crisalion则发布了活动版本FlyFree视频。


跟多旋翼Integrity 1一样,所有电机均可以单独控制,倾转的时候,具有多个自由度,并非只有俯仰角度可变,4个电机组还可以绕撑杆的航向轴旋转。实现复杂的姿态控制和稳定特性保持。


在起飞时,动力组件倾转30°,使得桨盘平面变成水平,可垂直起降。然后减小角度,水平加速。在此过程中,若遇到突风,4组动力组件16个螺旋桨是单独控制的,可以改变其中任何几组状态以抗风或保持姿态。


平飞时,动力为前倾布置,机翼和螺旋桨均产生升力,螺旋桨全程运行,并结合升降舵、方向舵、襟翼/副翼舵面控制。

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3.小结


这类系统有一些典型特点,总结如下:


(1)具备矢量动力偏转功能,改变或保持机头指向能力比常规多旋翼靠反扭的效果要强,并且可以在保持机身姿态不变的情况下实现平移、前进、抗风等动作,乘员乘坐感受比较好;


(2)只有小角度的倾转,不是90°,而且是通过电机转速变化来控制倾转方向,不是通过作动筒来控制倾转,故障模态下造成致命失控情况概率低;


(3)对于相关支撑结构和运动机构的刚度、强度、重量要求非常高;


(4)机动状态下会存在复杂气动干扰情况,设计分析与仿真的工作量大;


(5)存在电机、舵面联合控制的诸多组合情况,虽然冗余度高,但是飞控系统设计复杂。

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