ArduPilot 固定翼 / 垂起

ArduPilot Plane 固件支持固定翼、飞翼、滑翔机和垂起（QuadPlane）。它们共用同一套智能控制器与地面站，区别在气动布局和起降方式。选型前要看清固定翼的收益与代价，以及垂起为这些代价补了什么、又新添了什么。

▲ Plane 固件支持的垂起机型（QuadPlane）

固定翼飞机的优缺点

优点

• 航时长、航程远：升力由机翼产生，推力只用来克服阻力。同等起飞重量下，固定翼的航时通常是多旋翼的 3~6 倍，航程差距更大。
• 巡航速度快：典型巡航速度 15~25 m/s，单位时间覆盖的作业面积明显更大。
• 载重系数高：机翼承担升力，结构重量占比低，同重量平台能带更多电池、燃油或任务载荷。
• 抗风性好：翼载大、惯性大，巡航段受阵风和湍流的影响小于多旋翼。
• 失效后有滑翔余地：失去动力仍可靠滑翔迫降，多旋翼一旦失去动力就是自由落体。
• 巡航段噪声与红外特征小：电动固定翼在滑翔段几乎没有声音。

缺点

• 起降依赖场地或装置：需要跑道、弹射架、手抛或伞降回收，无法在任意空地起降。
• 不能悬停：没有定点悬停能力，不能贴地慢速作业，也不适合在狭小空间内起降。
• 起降阶段风险集中：失速、擦翼、弹射冲击、伞降砸地都发生在起降段。
• 机动性差：转弯半径大，低空和复杂地形里的避障、绕飞能力弱。
• 使用门槛高：飞手要掌握起降操作、空速管理和失速边界，培训与上手周期都比多旋翼长；飞行前的场地勘察、弹射架或跑道准备也要专人负责。
• 调试项目多：重心位置、舵面方向、空速管校准、失速特性、俯仰配平，任何一项出错都会直接摔机。
• 速度快，单次事故损失大：撞击能量高，机体和载荷往往整体报废。

垂起弥补了什么

垂起（VTOL，ArduPilot 里称 QuadPlane）在固定翼上加装一组多旋翼动力，起降段用多旋翼模式，巡航段切换到固定翼模式；所以垂直起降固定翼也可以称为复合翼。

• 摆脱起降场地：垂直起降，不需要跑道、弹射架和伞降回收，几平方米平地即可。
• 恢复悬停能力：能在作业点定点悬停、低速观察，也能在狭小场地起降。
• 起降段控制精度提高：低速阶段由多旋翼动力组控制姿态，抗风和定点精度接近多旋翼。
• 作业流程简化：一块场地就能完成起降和转场，山区、林区、船甲板等无跑道场景可用。
• 保留固定翼的巡航效率：巡航段仍由机翼产生升力，航时和航程远高于纯多旋翼。

垂起的代价

悬停能力不是免费的，代价集中在重量、阻力、成本和可靠性上。

• 结构死重：4 个（或更多）垂起电机、桨、机臂和电调在巡航段完全用不上，全部变成死重。
• 巡航阻力增加：机臂和停转的桨叶带来额外阻力，同等尺寸下巡航效率低于纯固定翼，航时通常少 15%~30%。最大飞行速度往往慢于同等级别的固定翼。
• 成本接近翻倍：动力系统数量翻倍，机架结构和接插件更复杂，采购与维护成本都高于纯固定翼。
• 调试更复杂：除固定翼参数外还有一整套 Q_ 参数（Q_ENABLE、Q_FRAME_CLASS、Q_TRANSITION_MS、Q_ASSIST_SPEED 等），过渡过程需要单独试飞验证。
• 过渡阶段是事故高发段：前飞过渡时掉高、回退过渡时姿态异常，多数垂起事故发生在这十几秒内。
• 失效处置更难：纯固定翼失去动力还能滑翔；垂起在悬停段失去垂起动力则直接坠落，两套动力系统的可靠性都要单独保证。
• 运输与展开更麻烦：机臂多为可拆结构，接插件更多，外场准备时间更长。

三种构型对比

维度	多旋翼	固定翼	垂起
起降场地	任意平地	跑道、弹射或伞降	几平方米平地
悬停能力	有	无	有（多旋翼模式）
巡航效率	低	高	接近固定翼，略低
航时	20~40 分钟	1~3 小时	40 分钟~2 小时
载重系数	低	高	中
抗风（巡航段）	中	好	好
调试复杂度	低	中	高
单机成本	低	中	高
失效处置	直接坠落	可滑翔	巡航段可滑翔，悬停段直接坠落

怎么选

• 长航时、大范围测绘巡检，且有起降场地：固定翼。效率最高，成本最低。
• 没有跑道又要长航时：垂起。山区、林区、船载、应急场景的常规选择。
• 定点精细作业、短距离、室内或狭小空间：多旋翼。
• 作业半径小但要求随时起降：多旋翼。垂起的死重和调试成本在这种场景下不划算。

延伸阅读

• 加载 Plane 固件：写入 ArduPilot 固件
• CUAV 固定翼教程：https://doc.cuav.net/tutorial/plane/
• CUAV 垂起教程：https://doc.cuav.net/tutorial/quadplane/zh-hans/
• ArduPilot 官方 Plane 文档：https://ardupilot.org/plane/