决定多旋翼飞行器旋翼个数的(de),就是(shì)飞行(háng)器稳定性、几何尺寸(cùn)和单发动力性能三者的平衡。
先说稳定性的影响。基本上,我们可(kě)以认为多旋翼(yì)飞(fēi)行器(qì)的(de)稳定性里,八旋翼(yì)>六(liù)旋翼>四旋翼。原因当然(rán)好解释,对(duì)于一个运动(dòng)特性确定(dìng)的飞行器来说(shuō),自(zì)然是(shì)能(néng)参与控(kòng)制的量越多,越容易得到好的控(kòng)制效果(guǒ)。四旋翼飞(fēi)行器尚(shàng)且是一个欠驱动系统。六旋翼飞(fēi)行器的时候就已经是一个(gè)完全驱动系(xì)统了。复(fù)杂了是一回事,但是如(rú)果能获得比较好的效果,也是值得的(de)。
另外一(yī)个不容易注(zhù)意到的好处是,旋(xuán)翼数量(liàng)较多的(de)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)行器一(yī)台发(fā)动机突(tū)然(rán)失(shī)效不(bú)是很(hěn)罕见的(de)情况。模(mó)型级别(bié)的飞行器(qì),射(shè)桨也是(shì)常(cháng)有(yǒu)的(de)事(shì)。在这种情况下,八旋翼和六旋翼(yì)都可以承(chéng)受双发/单发失(shī)效的状况,并(bìng)且飞(fēi)行器仍然可控。而如果是四旋翼飞行器的话,只要单发(fā)失效,除(chú)非旋翼上有周期变距,否则唯一的(de)选择就有摔机了。
但旋(xuán)翼的数量增加以后(hòu),会对(duì)飞行器的几(jǐ)何尺寸带来负面影响。
因为旋翼数多了,自然每个旋翼(yì)之间的距离也会缩减。四轴飞行器每(měi)隔(gé)90度(dù)放置(zhì)一个(gè)旋翼(yì),六轴飞行器每隔(gé)60度放置一个旋(xuán)翼,八轴飞(fēi)行器每隔45度放置一个旋翼。假设相同拉(lā)力时几个旋翼的桨盘总(zǒng)面积相同(这个并不准(zhǔn)确,但可以作(zuò)为大概的参考(kǎo)),很容易得出几种(zhǒng)结构(gòu)形式(shì)需要的旋翼直径。如下表所示:
同样,多旋(xuán)翼的旋翼位置(zhì)在设计时也不能相互干涉。因此也很容易得出几种结构形(xíng)式中旋翼中心距离飞行(háng)器几何中心距离。如下(xià)表所示:

很容易看出(chū)来,相比较旋(xuán)翼直径(jìng)的(de)缩小,旋翼中心与飞行器几(jǐ)何中心的距离增加(jiā)得(dé)更快。因此很不幸(xìng)的,旋翼的数量越多,飞行器的尺寸也就会做得越大。
而且(qiě),旋翼越多,多旋翼飞行器的(de)折叠收纳就越是(shì)问题。六旋翼尚且可以折叠,八(bā)旋翼就一点办法也没有(yǒu)。即使是简单的拆掉旋翼支臂,旋翼(yì)数越多在现场(chǎng)组装需(xū)要花的时间也就越多。而且,由于多旋翼飞行器有旋翼(yì)安装顺(shùn)序的要求。要(yào)安装的旋翼越多就意(yì)味着潜藏的出错可能越高(gāo)。也(yě)因此,诸如军(jun1)队(duì)等地方(fāng)实际使用(yòng)的多旋翼(yì)飞行(háng)器,几乎无例外都是四旋翼的形式。
但如果(guǒ)你可(kě)以使用的动力组合单发动力性能有限,使用四轴的构型根本无(wú)法把设计起飞重量飞起来的话,呵呵,之前我说的那些就当没说好了……要么老(lǎo)老实(shí)实增加旋翼个数,要么(me),只好(hǎo)改方案了。
说到这里,可能(néng)会(huì)有人说:不是有那种(zhǒng)上下叠层的多旋(xuán)翼飞行器么?就是在(zài)一个支臂上同时(shí)放置一组共轴反桨的动力组,这样(yàng)的话不就可以(yǐ)做到旋(xuán)翼个数增(zēng)加,却不增加飞行(háng)器尺寸的效果么(me)?如同(tóng)下(xià)面的这(zhè)种形(xíng)式:

这个点子看(kàn)起(qǐ)来不错。但有个重要的缺点是,共轴反桨(jiǎng)的(de)那上(shàng)下一对(duì)旋翼(yì)的气流会相互干(gàn)扰,从而影响这一对动力(lì)组合的效率。简单地说,就会导致这一对旋(xuán)翼的拉力不(bú)是1+1=2,而是1+1<2的糟糕结果(guǒ)。至于具(jù)体会损失多少,大约是20%的样子(zǐ)。因(yīn)此这么算下来(lái)的(de)话,其实这(zhè)种构型能获得的提升很有限,还增加了(le)结构的复(fù)杂程度。所以(yǐ)除非对(duì)飞行器(qì)尺(chǐ)寸有很(hěn)严格(gé)的要求(qiú),一般很少(shǎo)会(huì)采用这样的设计方式(shì)。这个点子看起来不错(cuò)。但有个重要的缺(quē)点是,共(gòng)轴反桨的(de)那上下一对旋翼的气流会相互干扰,从而影响这一对动力组合的效率(lǜ)。简(jiǎn)单地说,就会(huì)导(dǎo)致(zhì)这一对旋翼的拉力不是1+1=2,而是1+1<2的糟(zāo)糕结果。至于具体会损失多少,大(dà)约是20%的样子。因此这么算(suàn)下来的(de)话,其实这种构型能(néng)获得的提升很有限,还增(zēng)加了结构的复(fù)杂程度。所以除非对飞行器尺寸有很严格的要求,一般很(hěn)少会采用这样的设计方式。
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