决定多旋(xuán)翼飞行器(qì)旋翼个数的,就是飞行(háng)器稳定性、几何尺寸和单发动(dòng)力性能三者(zhě)的平衡。
先说稳定性的影响(xiǎng)。基本上(shàng),我们可以(yǐ)认为多旋翼飞行器的稳定性里,八旋翼(yì)>六旋翼>四旋翼(yì)。原(yuán)因当然好解释,对(duì)于一个运动特(tè)性确定的飞行器来说,自(zì)然是能参与控制的量越多,越容易得(dé)到好的控制效(xiào)果。四(sì)旋翼飞(fēi)行器(qì)尚且是一个欠驱动(dòng)系统。六旋翼飞行器的时候就已经是一个完全驱动系统了。复杂了是一(yī)回事,但是如果能获得比较好的效果,也是值得的。
另外一个不容易注意到的好处(chù)是,旋翼数量较多(duō)的时候飞行器对于动力系统(tǒng)失效(xiào)的容忍(rěn)程(chéng)度也会上升。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。模(mó)型级别的飞行(háng)器,射(shè)桨也是常有(yǒu)的事。在这(zhè)种情况下,八旋翼和六(liù)旋(xuán)翼都(dōu)可以承(chéng)受双发/单发失效(xiào)的状况,并且飞行器(qì)仍(réng)然可控。而如果是四旋翼飞行(háng)器的话,只要单发(fā)失效,除非旋翼上有(yǒu)周期变距,否则唯一的选择就(jiù)有摔(shuāi)机了。(可你为(wéi)什么要在四旋翼上装周期变距呢(ne)?)
但旋翼的数量增加以后,会对飞行器的几(jǐ)何尺寸带来(lái)负面影响。
因为(wéi)旋翼数多了,自然(rán)每个(gè)旋翼之间的距离也会缩减。四轴飞(fēi)行器每隔90度放置一个(gè)旋(xuán)翼,六轴飞行器每隔60度(dù)放置一个(gè)旋翼,八轴飞行(háng)器每隔45度放(fàng)置一个(gè)旋翼。假设相同拉力时几个旋(xuán)翼(yì)的(de)桨盘总面积相同(这(zhè)个并不准确,但可以(yǐ)作为大概(gài)的参考),很容易得出几种结构形(xíng)式需要的旋翼直径。
同样,多旋翼的(de)旋翼位置在设(shè)计时(shí)也不(bú)能相互干涉。因此也很容易得出几种结构形式中(zhōng)旋翼中(zhōng)心距离飞行(háng)器几何中心距离(lí)。
很容易看出来(lái),相比较旋翼直径的缩小,旋翼中(zhōng)心与(yǔ)飞行器几何中心的(de)距离增(zēng)加得(dé)更(gèng)快。因(yīn)此很不幸(xìng)的,旋翼的数(shù)量越(yuè)多,飞(fēi)行器的尺寸也(yě)就会做得越大。
而且(qiě),旋(xuán)翼(yì)越多,多旋翼飞(fēi)行(háng)器(qì)的折叠(dié)收纳(nà)就越(yuè)是(shì)问题(tí)。六旋翼尚且可以折叠,八旋(xuán)翼就一点办法也没有。即(jí)使是简单的拆掉旋(xuán)翼支臂,旋翼数越多在(zài)现场(chǎng)组(zǔ)装需要花的时间也就越多。而且(qiě),由(yóu)于多旋(xuán)翼飞行器有(yǒu)旋翼安装顺序的(de)要求。要安装(zhuāng)的旋翼(yì)越多就意味着潜(qián)藏的出错可能越高。也因此,诸如军队(duì)等地方实际使用的多旋翼飞(fēi)行器,几乎无例外都是四旋翼(yì)的形式(shì)。
但如果(guǒ)你可以使用的动力组(zǔ)合单发动力性能(néng)有限,使(shǐ)用四轴的构型根本无法把设计起飞重量飞起来的话,呵呵,之前我说(shuō)的那些就(jiù)当没说好了……要么老(lǎo)老实(shí)实增(zēng)加旋翼(yì)个数,要么,只好改方案了。
说到(dào)这里(lǐ),可能会有人说:不是有那种上下(xià)叠(dié)层的多旋翼(yì)飞行器么(me)?就是在(zài)一个支臂上同时(shí)放(fàng)置一组共轴反桨的(de)动(dòng)力组,这样的话不就可以做到旋翼(yì)个数增(zēng)加,却不增(zēng)加飞行器尺寸的效(xiào)果么?如同下面的这种形式(shì):这个点子看起来不错。但有个重要(yào)的缺点是,共轴反桨的那上(shàng)下一对旋(xuán)翼的气流(liú)会(huì)相互干扰,从而影响这一对动力组合的效率。简(jiǎn)单地说,就会导致这一对旋翼的(de)拉力不是1+1 = 2,而是(shì)1+1 <2的糟糕结果。至于具体会损失多少,大约是20%的样子。因此这么算下来的话,其实这种构型能(néng)获得的(de)提升很有(yǒu)限,还增加了结(jié)构的(de)复杂(zá)程度。所以除非对飞行器尺寸有(yǒu)很(hěn)严格的要求(qiú),一般很少会采用这(zhè)样的设计方式。

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