决定多旋翼(yì)飞行器旋翼个数的,就是飞行器(qì)稳定性、几(jǐ)何(hé)尺寸和单发动力性(xìng)能三者的平衡。
先说稳定性的影响。基(jī)本上,我(wǒ)们(men)可以认(rèn)为多旋翼飞行器的稳定性里(lǐ),八(bā)旋翼>六旋翼>四旋(xuán)翼。原因(yīn)当(dāng)然好解释,对于一(yī)个运动特性确定的飞行器来(lái)说,自然(rán)是能参与控制的(de)量越多,越(yuè)容易得到好的控(kòng)制(zhì)效果。四旋(xuán)翼飞行器尚且是一个欠驱动系统(tǒng)。六旋翼飞(fēi)行器的(de)时候就已经是一个(gè)完全驱动系统了。复(fù)杂了是一(yī)回(huí)事,但(dàn)是如(rú)果能获得比较(jiào)好的效果,也是值(zhí)得的。
另外一个不容易注意到的好处是,旋翼数量较(jiào)多的时候飞行器对于动力系(xì)统失效的(de)容(róng)忍程度也会上升(shēng)。毕竟多发飞行器一台发动机突然(rán)失效不是很(hěn)罕见的情况。模(mó)型级别(bié)的飞行器,射桨也是(shì)常有的事。在这种(zhǒng)情况下,八旋翼和六旋(xuán)翼都可(kě)以(yǐ)承受双发/单(dān)发失效的状(zhuàng)况,并(bìng)且飞行器仍(réng)然可控。而如果是四旋翼飞行器的话,只要(yào)单发(fā)失效,除非旋翼(yì)上有周(zhōu)期变距,否则唯一的(de)选择就有摔(shuāi)机了。
但旋翼的数量(liàng)增加以(yǐ)后,会对飞行(háng)器(qì)的几何尺寸带来负面影响。
因为旋翼数多了,自然每个(gè)旋翼之间的距(jù)离也(yě)会缩减(jiǎn)。四(sì)轴飞行器每隔90度(dù)放置一(yī)个旋翼,六轴飞行器(qì)每隔60度放置一(yī)个旋翼,八轴飞行(háng)器每(měi)隔45度(dù)放置一个旋翼。假设相同拉力时几个旋翼的桨盘总面积相同(这个并不准(zhǔn)确,但可以(yǐ)作为(wéi)大概的参考),很容易(yì)得出几种(zhǒng)结(jié)构形式(shì)需要(yào)的旋翼直径(jìng)。如下(xià)表所示:
同样(yàng),多旋翼的(de)旋翼位置(zhì)在设计时也不(bú)能相互干涉(shè)。因此(cǐ)也(yě)很容易得出几种结构形式中旋翼中心距离飞行器几何中心距离。如下表所示:

很容(róng)易看出来,相比较旋翼直径的缩小,旋翼中心与飞(fēi)行器(qì)几何中心的距(jù)离增加(jiā)得更(gèng)快。因此很不(bú)幸的,旋翼的数量越多,飞行器的尺寸(cùn)也就会(huì)做(zuò)得越大。
而且,旋翼越多,多(duō)旋(xuán)翼飞行器的折(shé)叠收纳就越(yuè)是问题。六旋翼尚且(qiě)可以折叠,八旋翼就(jiù)一(yī)点(diǎn)办法也没有(yǒu)。即使是简单的拆掉旋翼支臂,旋翼数越多在(zài)现场组装(zhuāng)需要花的时间(jiān)也就越多。而且(qiě),由于多(duō)旋翼飞行器有旋(xuán)翼安装顺(shùn)序的要(yào)求。要(yào)安装的旋翼越(yuè)多就意(yì)味着潜藏的出(chū)错可能越高。也因此,诸如军队等地方(fāng)实际使(shǐ)用的多旋翼飞行器,几乎无例外都是四(sì)旋翼的形式。
但(dàn)如果你可以使(shǐ)用的动力组合(hé)单(dān)发动力(lì)性能有限,使用四(sì)轴的构型(xíng)根本无法把设计起飞重量飞起来(lái)的话,呵呵,之前我说的那些就当没说好(hǎo)了……要么老老实(shí)实增加旋(xuán)翼个数,要么,只(zhī)好改方(fāng)案(àn)了。
说到这里,可能会有人说:不(bú)是有(yǒu)那种(zhǒng)上下叠层的多旋(xuán)翼飞(fēi)行器(qì)么?就是在一个支臂上同时放置一组共轴反桨的动力组,这样(yàng)的(de)话(huà)不就(jiù)可以做到旋翼个数增加(jiā),却(què)不增(zēng)加飞行(háng)器尺寸的效果么(me)?如同下面的这种形式(shì):

这个点子看起来不错。但有个(gè)重要(yào)的缺点是,共轴反桨(jiǎng)的那上(shàng)下一对旋翼(yì)的气流会相互干扰,从而影响这一(yī)对动力(lì)组合的效率。简单(dān)地说,就会导(dǎo)致这一对旋翼(yì)的拉(lā)力不是1+1=2,而(ér)是1+1<2的糟糕(gāo)结果(guǒ)。至于(yú)具体会损失(shī)多少,大约是20%的样(yàng)子。因此这么算下来(lái)的话,其实(shí)这种构型能获得的提升很有限,还增(zēng)加(jiā)了结构的复杂(zá)程度(dù)。所(suǒ)以除(chú)非(fēi)对(duì)飞(fēi)行(háng)器尺寸有很严格的要求,一般(bān)很少会采用这样的设计方式。这个点(diǎn)子看起来不错。但有个重要的(de)缺点是,共(gòng)轴反桨(jiǎng)的那(nà)上下(xià)一对旋翼的气流会相(xiàng)互(hù)干扰,从而影响这一对动力组合的效率(lǜ)。简单地说,就会(huì)导致这一对旋翼的拉力不(bú)是(shì)1+1=2,而是(shì)1+1<2的糟糕结果。至于具体会损失多少,大(dà)约是20%的样(yàng)子。因此这么算下来的话(huà),其实(shí)这种构型能获得的提(tí)升很有限,还(hái)增加了结构的复杂程(chéng)度。所以除非对飞行器(qì)尺寸有很严格的要求(qiú),一般很少会采用这样的设计方式。
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