决定(dìng)多旋(xuán)翼飞行器(qì)旋翼个数的,就是飞(fēi)行器稳定性、几何尺寸和单(dān)发动力性能三者的平衡。
先说稳定(dìng)性的(de)影(yǐng)响。基本上,我们可以认(rèn)为多旋翼飞(fēi)行器(qì)的稳定性里,八旋翼>六旋翼>四旋翼(yì)。原因当然好(hǎo)解释,对于一个运(yùn)动特性确定的(de)飞行器(qì)来说,自(zì)然是能参与控制的量越多,越容易得到好的控(kòng)制效果。四(sì)旋(xuán)翼飞行器尚且是一(yī)个欠驱动系统。六旋翼飞行器(qì)的时候就已经是一个完全驱动(dòng)系统(tǒng)了。复杂了(le)是(shì)一回(huí)事,但是(shì)如果能获得比(bǐ)较好的效果,也是(shì)值得的。另外(wài)一(yī)个不容易注(zhù)意到的好(hǎo)处是(shì),旋翼数(shù)量较(jiào)多的时候(hòu)飞行器对于动力系统失(shī)效的容忍程(chéng)度也会上升。毕竟多发飞行器一台发动机突然失效不(bú)是很罕(hǎn)见的情况。模(mó)型级别(bié)的飞(fēi)行(háng)器,射(shè)桨也是常有的事。在这种情况下,八旋翼和(hé)六旋翼都可以承受双发/单发(fā)失效的(de)状况,并(bìng)且飞行器仍然可控。而如(rú)果是四旋翼飞(fēi)行器的话,只要单发失(shī)效,除非旋翼(yì)上有(yǒu)周期变距,否(fǒu)则唯一(yī)的选择就有摔机(jī)了。
但旋翼的数量(liàng)增加以后(hòu),会对飞行(háng)器的(de)几何尺(chǐ)寸带来负面影响。因为旋翼数多了,自然(rán)每个旋翼之间的(de)距(jù)离也(yě)会缩减。四轴(zhóu)飞行器(qì)每隔90度放(fàng)置一个旋(xuán)翼(yì),六轴飞行(háng)器每隔(gé)60度放(fàng)置一个(gè)旋翼,八轴飞行(háng)器每隔(gé)45度放置一(yī)个旋翼。假设相同拉力(lì)时(shí)几(jǐ)个旋翼的桨盘总面积相(xiàng)同(这个并不准确,但可以作为大概的(de)参考),很容易得出几种结构(gòu)形式需要的旋翼直径。如下表所(suǒ)示:
四旋翼(yì)飞行器
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六旋翼飞行器(qì)
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八旋(xuán)翼(yì)飞行(háng)器
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1
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0.8
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0.71
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同样(yàng),多旋翼的(de)旋翼(yì)位置在(zài)设计时也不能相互(hù)干涉(shè)。因此(cǐ)也很容(róng)易得出几种结构(gòu)形式中旋翼中心距离飞(fēi)行器(qì)几何中心距离。如下表所示:
四旋翼飞行(háng)器
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六旋(xuán)翼(yì)飞行器
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八旋翼(yì)飞行器
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1
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1.414
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1.839
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很容易看出来(lái),相比较旋翼直径的缩小,旋(xuán)翼(yì)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(yì)的数量越多(duō),飞行(háng)器的尺寸也就会做得越大。而(ér)且(qiě),旋翼越(yuè)多,多旋(xuán)翼飞行器的折叠收纳就越是问题(tí)。六旋翼尚且可以折叠,八旋翼就一点办法也(yě)没有。即(jí)使是简单的拆掉旋翼支臂,旋(xuán)翼数越多(duō)在现场组装需要花(huā)的时间也就越多(duō)。而且(qiě),由于多旋翼飞行器有旋翼安装顺序的要求。要安装的(de)旋翼越多就意味(wèi)着潜藏的(de)出错可能(néng)越高(gāo)。也(yě)因此(cǐ),诸如军(jun1)队(duì)等(děng)地方实际使(shǐ)用的多旋翼飞行器,几乎无例外都是四旋翼的形式。但如果你(nǐ)可以使用的动力组合单发(fā)动力性能有(yǒu)限,使用四轴的(de)构型根本无法把设计起飞重量(liàng)飞起来的话(huà),就要(yào)增(zēng)加(jiā)旋翼个数。
说到这(zhè)里,可(kě)能会有人说:不是有那种(zhǒng)上下叠层的多旋翼飞行器么(me)?就是在一个支臂上同时放置一组共轴(zhóu)反桨的动力组,这样的话不就可以做(zuò)到旋翼个数(shù)增(zēng)加,却不增加飞行器尺寸的效果么?如同下面的这种形式:
这个点子看起来不错(cuò)。但有个(gè)重要的缺点是(shì),共(gòng)轴反(fǎn)桨的那(nà)上下一对旋(xuán)翼的气流(liú)会(huì)相互干扰,从而影(yǐng)响这一对动力(lì)组合的效率。简单地(dì)说(shuō),就会导致这一对(duì)旋翼(yì)的(de)拉力不是1+1 = 2,而是1+1 < 2的(de)糟(zāo)糕结(jié)果。至于具体会损失多少,大约是20%的(de)样(yàng)子。因此这么算下来的话(huà),其实这种构型能获得的提升很(hěn)有限(xiàn),还增加(jiā)了结构的复杂程度。所以除非对飞行器尺寸(cùn)有很严(yán)格的(de)要求,一般(bān)很少会(huì)采用这样的设计方式。这个点子看起来(lái)不错。但(dàn)有个重(chóng)要的(de)缺点是,共轴反桨(jiǎng)的那上下一对旋翼的气(qì)流(liú)会相互干扰,从而影(yǐng)响(xiǎng)这一对动力(lì)组合的效(xiào)率。
简单(dān)地(dì)说,就会导(dǎo)致这(zhè)一对旋翼的(de)拉力不是(shì)1+1 = 2,而是1+1 < 2的糟糕(gāo)结果。至于具(jù)体会损失多少,大约是20%的样子。因此这么算下(xià)来的话,其实这种(zhǒng)构型能获得的提升(shēng)很有限,还增加了(le)结构的(de)复杂(zá)程度。所以除非对(duì)飞行器尺寸有很严(yán)格的要求(qiú),一般很少会(huì)采用这样的设(shè)计方式。 (稿源(yuán):南京领(lǐng)航无人机)

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