决定多旋翼(yì)飞行(háng)器旋翼个数的,就(jiù)是飞行(háng)器稳定(dìng)性、几何尺寸和单发动力性能三者的平衡。
先说稳定性的影响。基本上(shàng),我们可以认为多旋(xuán)翼飞行器(qì)的稳(wěn)定性里(lǐ),八旋翼>六(liù)旋(xuán)翼>四旋翼。原因当(dāng)然好解(jiě)释,对于一个运动(dòng)特(tè)性(xìng)确定的(de)飞行(háng)器来说,自然是能参与控制的量越多(duō),越容易得到好的控制效果。四旋翼飞行器(qì)尚(shàng)且是一(yī)个欠驱动系统(tǒng)。六(liù)旋翼飞行器(qì)的(de)时候就已经是一个完全驱动系统了。复杂了是一回事,但(dàn)是如果能(néng)获得比较好的效果(guǒ),也是值得的。
另外一(yī)个不容易(yì)注意到的(de)好(hǎo)处是,旋翼数量较多的时候(hòu)飞行器(qì)对(duì)于动力系统失效(xiào)的容忍程度也会上(shàng)升。毕竟多发飞行器一台发动机突然失效(xiào)不是很罕见的情况(kuàng)。模型级别的飞(fēi)行器,射桨也(yě)是常(cháng)有的事。在这种情况下,八(bā)旋翼和(hé)六旋翼都可(kě)以(yǐ)承受(shòu)双发/单发失(shī)效的(de)状况,并且(qiě)飞(fēi)行器仍然可控(kòng)。而如果是(shì)四旋(xuán)翼飞行器的(de)话,只要单发失效,除非(fēi)旋翼上(shàng)有(yǒu)周期变(biàn)距,否则唯一的选择就(jiù)有摔(shuāi)机了。
但旋(xuán)翼的数量增加以后(hòu),会对飞行器的几何尺寸带来负面影响(xiǎng)。
因为(wéi)旋(xuán)翼数多了,自然每(měi)个旋翼之间的距(jù)离(lí)也会(huì)缩减。四轴飞行器每隔90度放置一个旋翼,六轴(zhóu)飞行器每隔(gé)60度放置一(yī)个旋(xuán)翼,八轴(zhóu)飞(fēi)行器每隔(gé)45度放置(zhì)一个旋翼。假设相同拉力时(shí)几个旋翼的桨盘总(zǒng)面积(jī)相同(tóng)(这个并不准确,但可以作为大概(gài)的(de)参考),很容(róng)易得出几种结构形式需(xū)要的旋翼直径(jìng)。如下表所示:
同样(yàng),多旋翼的旋翼(yì)位置在设(shè)计时(shí)也(yě)不能相互干涉。因此也很容易得(dé)出几种(zhǒng)结构(gòu)形式中旋翼中心距离飞行(háng)器几何(hé)中心距离(lí)。如下表所示:

很(hěn)容易(yì)看出来,相比(bǐ)较(jiào)旋翼(yì)直径的缩(suō)小,旋(xuán)翼中心与飞行器几何中心的距离增加得更快。因此很不幸的,旋翼的数量越多,飞行器的尺寸也就(jiù)会做得越大(dà)。
而且,旋翼越多,多旋翼飞行器的折(shé)叠收纳就越是问题(tí)。六旋翼尚且可以折叠,八(bā)旋翼就一点办法也没有。即使是(shì)简单(dān)的拆(chāi)掉旋翼支臂,旋翼(yì)数越(yuè)多在现场组装需要花的时间也就越多。而且,由于多旋翼飞行器有(yǒu)旋翼安装顺(shùn)序的要求(qiú)。要安(ān)装的(de)旋翼越多就意味着潜藏的出错可能越高。也因此,诸如军队(duì)等地方实(shí)际(jì)使用的多旋翼飞(fēi)行器(qì),几乎无例外都(dōu)是四旋翼的形式。
但如果你可以(yǐ)使用的动力组合单发动力性能有限,使用四轴(zhóu)的构型根本无法把设计起飞重量飞起来(lái)的话,呵呵(hē),之前我(wǒ)说的那些就当没说好了……要么老老实实增加(jiā)旋翼(yì)个数,要么,只好改方(fāng)案(àn)了。
说到这里,可能会有人说:不是(shì)有那(nà)种(zhǒng)上下叠层的(de)多(duō)旋翼飞行器(qì)么?就是在一个支臂(bì)上同时(shí)放置一组(zǔ)共轴反桨的动力组,这样的话不就可以做到(dào)旋翼个数增加,却不增加(jiā)飞行器尺寸的效果么?如(rú)同下面的这种(zhǒng)形式:

这个点子看(kàn)起来不错。但有个重要的(de)缺点是,共(gòng)轴反桨的那上下(xià)一对旋翼(yì)的气流会(huì)相互干(gàn)扰(rǎo),从而影响这一对(duì)动力(lì)组合的效率。简单地(dì)说,就会导致这(zhè)一对旋翼的拉力(lì)不是1+1=2,而是1+1<2的(de)糟(zāo)糕结果。至于具体会损失多少,大约是(shì)20%的(de)样子。因(yīn)此(cǐ)这么算下来(lái)的(de)话,其实这种构型能获(huò)得的(de)提升很有限,还增加了结构的复杂程度(dù)。所以除非(fēi)对飞(fēi)行(háng)器尺寸有很严格的要求,一般(bān)很少会采用这样的设计方式(shì)。这个点子看起来不(bú)错。但(dàn)有个重要的(de)缺(quē)点是,共轴反桨的那上下一对旋翼的气流会相互干(gàn)扰(rǎo),从而影响这一对动力(lì)组合的(de)效率(lǜ)。简单(dān)地说(shuō),就会导致(zhì)这一(yī)对旋翼的拉力不是(shì)1+1=2,而(ér)是1+1<2的(de)糟(zāo)糕结果。至于具体会损失(shī)多少,大约是20%的样子。因此这么算下来(lái)的话(huà),其实这种构型能获(huò)得的提(tí)升很(hěn)有限,还增加了结(jié)构的复杂程度。所以除非对飞(fēi)行器(qì)尺寸有很严格的要求(qiú),一般很少会采(cǎi)用这样的设(shè)计方式。
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