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多旋(xuán)翼飞(fēi)行器(qì)的旋(xuán)翼数量是由什么决定的?

 

决(jué)定多旋翼飞行(háng)器旋翼个数的,就是(shì)飞行器稳定性、几何尺寸和单发动力性能三者(zhě)的平衡。

先说稳定性的影响。基本上,我们可(kě)以认为多旋(xuán)翼飞行器的稳定(dìng)性里,八旋翼>六旋翼>四旋翼。原因当然好解释,对于一个运动特性(xìng)确定的飞(fēi)行器来说,自然是能参与控制(zhì)的量越多,越容易得到好(hǎo)的控制效果。四旋翼飞行器尚且是(shì)一个欠驱动系统。六旋翼飞行器的时候就已经是一个完全驱(qū)动系统了。复杂了(le)是一回事,但是如(rú)果能获得比较好的效果,也是值得的。

另外一个不容易注(zhù)意到(dào)的(de)好处是(shì),旋(xuán)翼数量(liàng)较多的(de)时候飞行器对于动力系统失效的(de)容忍程度也会上升。毕(bì)竟多发飞行(háng)器一台发动机突然(rán)失(shī)效不是(shì)很罕(hǎn)见的情况。模(mó)型级别的(de)飞行器,射桨也是常有(yǒu)的事(shì)。在(zài)这种情况下,八旋翼和六旋(xuán)翼都可以承受双发/单(dān)发(fā)失效的(de)状况,并且飞(fēi)行器(qì)仍然可控。而如果是四旋翼飞行器的(de)话,只要单(dān)发(fā)失效,除非旋翼(yì)上有周期变距,否则唯一的选择就有(yǒu)摔机了。(可你为什么要(yào)在四旋(xuán)翼上装周期变距呢?)

但旋翼的数量增(zēng)加以后,会(huì)对飞行(háng)器的几何尺寸带来负面影响。

因为旋翼数多了,自(zì)然(rán)每个旋翼之间的距离也会(huì)缩减。四轴飞行(háng)器每隔90度放置一个旋翼,六轴飞行器每隔60度放置一(yī)个旋翼(yì),八(bā)轴飞行器每隔45度放(fàng)置(zhì)一个旋翼。假设相同拉(lā)力时几个旋翼(yì)的桨盘总面积相同(这个并不准确,但可(kě)以作为大概的(de)参(cān)考),很容易得出几种结(jié)构(gòu)形式需要的旋翼直径。

同样,多旋翼的旋翼位置在设计时也不(bú)能相互干涉。因此(cǐ)也很容易得出几种(zhǒng)结(jié)构形式中旋翼(yì)中心距离飞行器(qì)几何中心(xīn)距离。

很容易看出来,相比(bǐ)较旋翼直(zhí)径(jìng)的缩小,旋(xuán)翼中心与飞行器几何中(zhōng)心的距离增加得更快(kuài)。因此很不幸的,旋(xuán)翼的数(shù)量越多,飞行器(qì)的(de)尺寸(cùn)也就会(huì)做得越大。

而且,旋翼越多,多旋翼(yì)飞行器的折叠收纳就越是问题(tí)。六旋(xuán)翼尚且可以折叠,八(bā)旋翼就一点办法也没有(yǒu)。即使(shǐ)是简单的(de)拆(chāi)掉旋(xuán)翼支臂(bì),旋翼(yì)数越多(duō)在现(xiàn)场组装需要花的时间也就越(yuè)多。而且,由于(yú)多旋翼飞行器(qì)有旋翼安装顺序的要求(qiú)。要安装的旋(xuán)翼(yì)越多就意味着潜藏的出错可能越高(gāo)。也因(yīn)此,诸(zhū)如军(jun1)队等地(dì)方实际使用的多(duō)旋翼飞行器,几乎无例(lì)外都(dōu)是四(sì)旋翼的形式(shì)。

但如果你可以使用的动力组合单发动力性能(néng)有限,使用(yòng)四轴的构型根本无法把设计起飞重量(liàng)飞起来(lái)的话,呵(hē)呵,之前我说的(de)那些就当没说好了(le)……要么老老实(shí)实增加旋翼个数,要么,只好改方(fāng)案了。

说(shuō)到这里(lǐ),可(kě)能会有人说:不是有那种上下叠(dié)层的多旋翼飞(fēi)行(háng)器么(me)?就是在(zài)一个(gè)支臂上同(tóng)时放置一(yī)组共轴反(fǎn)桨的动力组,这样的话(huà)不就(jiù)可以做到旋翼个(gè)数增加,却不增加飞行器尺寸的效果么?如同下面(miàn)的这种形式:这个(gè)点子(zǐ)看起来(lái)不错。但有个重要(yào)的缺点是,共(gòng)轴反桨的那上下一对旋(xuán)翼的气流会相互干(gàn)扰,从而(ér)影响这(zhè)一对(duì)动力组合的效率。简单地说,就会(huì)导致这(zhè)一对旋(xuán)翼的(de)拉力(lì)不是(shì)1+1 = 2,而是(shì)1+1 <2的糟糕结果。至于(yú)具体会损失(shī)多少,大约是20%的样子。因此这么算下(xià)来的(de)话(huà),其(qí)实这种构型能获(huò)得的提升很(hěn)有限,还增加了(le)结(jié)构的(de)复杂程(chéng)度(dù)。所以除非对飞行器尺寸有(yǒu)很严格的要求,一般很(hěn)少(shǎo)会采用(yòng)这样(yàng)的(de)设计方式。

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