决定多旋(xuán)翼飞行器(qì)旋翼个数的,就是(shì)飞(fēi)行(háng)器稳定性、几(jǐ)何(hé)尺寸和单发动力(lì)性能三(sān)者的平衡。
先说稳定性(xìng)的影响。基本上,我(wǒ)们可以认为多旋(xuán)翼(yì)飞行器的稳定(dìng)性里,八旋翼>六旋翼(yì)>四(sì)旋翼。原因(yīn)当然(rán)好解释,对于一个运(yùn)动特(tè)性确定的飞行器来(lái)说,自(zì)然是能参(cān)与(yǔ)控制的量越多,越(yuè)容易得到好的(de)控制效果。四旋翼(yì)飞行器尚且是一个(gè)欠驱动(dòng)系统。六旋翼飞(fēi)行器的时候就已经是一个完全驱动系(xì)统了。复杂了是一回事,但(dàn)是如果能获得比较好的效果(guǒ),也是值得的。
另外一个(gè)不容易(yì)注(zhù)意到的(de)好处是(shì),旋翼数量较多的时候飞行器对于动力系统失(shī)效的容忍(rěn)程度也会上升。毕竟多发(fā)飞(fēi)行(háng)器一台发动机突然失效不是(shì)很罕见的情况。模型级别的(de)飞行器,射(shè)桨(jiǎng)也是常有的事。在(zài)这种情况下,八旋翼和六旋翼都可(kě)以承受双发/单发(fā)失效的状况(kuàng),并且飞行(háng)器仍然可控(kòng)。而如果是四旋翼(yì)飞行器的话,只要单发失效,除非旋(xuán)翼上有周期变距(jù),否则唯一的(de)选择就有(yǒu)摔机了。(可你为什么(me)要在四旋(xuán)翼上装周期变距呢?)
但(dàn)旋翼的数(shù)量增加以后,会对飞行器的几何尺寸带来负(fù)面(miàn)影响。
因为旋翼数多了,自然(rán)每个旋翼之间的距离也会缩(suō)减(jiǎn)。四轴(zhóu)飞行器每(měi)隔90度放置一个(gè)旋翼,六轴飞行器每(měi)隔(gé)60度放置(zhì)一个(gè)旋翼,八轴飞行器每隔45度放置(zhì)一(yī)个(gè)旋翼。假设相同拉力时几个旋翼(yì)的桨盘(pán)总面积相同(这个并不(bú)准确,但可以(yǐ)作为大概的(de)参考(kǎo)),很容易得出几种结构形式需要的旋翼直径。
同样,多旋翼的旋(xuán)翼位置在设计时也不(bú)能(néng)相互干涉(shè)。因此也(yě)很容易(yì)得出几(jǐ)种结构形式(shì)中旋翼中心(xīn)距离(lí)飞行器几何中心距(jù)离(lí)。
很容(róng)易看出(chū)来(lái),相比较(jiào)旋翼直径(jìng)的缩小(xiǎo),旋翼中心与飞行器几(jǐ)何中(zhōng)心(xīn)的距离增加得更快。因此很不幸的(de),旋翼(yì)的数量越多(duō),飞行器的尺寸也就会做得越大(dà)。
而且,旋翼越多,多(duō)旋翼飞行器的折叠收纳就越是问题。六(liù)旋翼尚(shàng)且可(kě)以折叠,八旋(xuán)翼就一点办法也没(méi)有(yǒu)。即使(shǐ)是简单的(de)拆掉旋翼支臂,旋(xuán)翼数越多在现场组装(zhuāng)需要(yào)花的时(shí)间也就越多。而且,由于多(duō)旋翼飞(fēi)行器有(yǒu)旋翼安装顺序的要求(qiú)。要(yào)安装(zhuāng)的旋翼(yì)越多就意(yì)味着潜藏的出错可能越高。也因此,诸如军队等地(dì)方实际使用的多旋翼(yì)飞行器,几乎无(wú)例外都(dōu)是(shì)四旋翼的形式。
但如果你(nǐ)可以(yǐ)使用的(de)动力(lì)组合单发动力性能有限,使用四轴的构型根本无法把设计起飞重量飞起来(lái)的话,呵呵,之前我说的那些就(jiù)当没说好了……要么老老实实增加旋翼个(gè)数,要么,只好改方(fāng)案了。
说到这里,可能会有人说(shuō):不是有那种上(shàng)下叠(dié)层的多(duō)旋翼飞(fēi)行器么?就是在一个支臂上同(tóng)时放置一(yī)组(zǔ)共轴反桨的动力组,这样的话(huà)不就可以做(zuò)到旋翼个数增加,却不增加飞(fēi)行器尺寸的效果么?如同下面的这种形式:这个点子看(kàn)起来不错。但有个重要的缺点是(shì),共轴反桨的那上下一对旋翼的气流会(huì)相(xiàng)互干(gàn)扰,从而影响这一(yī)对动(dòng)力组合(hé)的(de)效率。简单地说,就会导致(zhì)这一对旋翼的拉力(lì)不是(shì)1+1 = 2,而(ér)是1+1 <2的(de)糟糕结果。至于具体会损失多(duō)少,大约是20%的样(yàng)子(zǐ)。因(yīn)此这么(me)算下(xià)来(lái)的话,其实这种(zhǒng)构型能(néng)获得的提升很有(yǒu)限,还(hái)增加(jiā)了结构的复(fù)杂(zá)程(chéng)度。所(suǒ)以(yǐ)除非对飞行器尺寸有很严格的要求,一(yī)般很(hěn)少会采(cǎi)用这样(yàng)的设计方式。

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