决定多旋翼飞(fēi)行器旋翼个数(shù)的,就(jiù)是飞行器稳定性、几何尺寸和(hé)单发动力性能三(sān)者的平衡。
先说(shuō)稳定性的(de)影响。基本上(shàng),我们可以认为多旋翼飞行器的(de)稳定性里,八旋翼>六旋翼(yì)>四旋翼。原因当然(rán)好解释,对于一个运动特性确定的飞行器来说(shuō),自然是能参与(yǔ)控制的量越多(duō),越(yuè)容易得到好的控制效果。四旋(xuán)翼飞行器尚且是一个欠(qiàn)驱动系统。六旋翼飞行(háng)器的时候就已经(jīng)是一(yī)个完全驱动系统了。复杂了(le)是一回事,但是如果能获得(dé)比较好的效(xiào)果,也是值得(dé)的。另外一个不容易注意到的好处(chù)是,旋(xuán)翼数量较多(duō)的(de)时候飞行器对(duì)于动力系统失(shī)效的容忍程度也会上(shàng)升。毕竟多发飞行(háng)器一台(tái)发动(dòng)机突然(rán)失效不(bú)是很罕见的情(qíng)况。模型级(jí)别(bié)的飞行器(qì),射桨也是(shì)常有的事。在(zài)这种(zhǒng)情况下,八旋翼(yì)和六旋翼都(dōu)可以承(chéng)受(shòu)双发/单发失效的状况,并且飞行(háng)器仍(réng)然(rán)可控(kòng)。而如果是四旋翼(yì)飞行器的(de)话(huà),只要单发失效,除(chú)非旋翼上有周期变距,否则唯一的(de)选择(zé)就有摔机(jī)了。
但(dàn)旋翼(yì)的(de)数量增加以后,会对飞行器(qì)的几何尺寸(cùn)带来负面影响。因为(wéi)旋翼数(shù)多了,自(zì)然每个旋翼之间的距离也会缩减。四轴飞行器每隔90度(dù)放置一个旋(xuán)翼,六轴飞(fēi)行器每隔60度(dù)放置一个旋(xuán)翼(yì),八轴飞行器每隔45度放置一个旋翼。假设相(xiàng)同拉力时几个旋翼的(de)桨盘总面积相同(这(zhè)个并不准(zhǔn)确,但可以作为大概的参考),很容易得出(chū)几种结构(gòu)形式需要的旋翼直径。如下表所示:
四(sì)旋翼飞行器
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六旋(xuán)翼飞行器
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八旋翼飞行器
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1
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0.8
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0.71
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同样,多旋翼的(de)旋(xuán)翼位置(zhì)在设计(jì)时(shí)也不能(néng)相互干涉(shè)。因此也(yě)很容易得出几(jǐ)种(zhǒng)结构(gòu)形式(shì)中旋翼(yì)中心距离飞行(háng)器几何中心(xīn)距离(lí)。如(rú)下表所示:
四(sì)旋翼飞行器
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六旋翼飞行器
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八旋(xuán)翼飞(fēi)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,相比较旋翼直径的缩小,旋(xuán)翼中(zhōng)心与飞行器几何(hé)中心的距离增(zēng)加得更快。因此很不幸的,旋(xuán)翼的数量越多,飞行(háng)器的尺寸(cùn)也就会做得越大。而且,旋翼(yì)越多,多(duō)旋翼飞行器的折叠收(shōu)纳就越是问(wèn)题。六旋翼(yì)尚(shàng)且可以折叠(dié),八(bā)旋翼就一点办(bàn)法也没(méi)有。即使(shǐ)是简单(dān)的拆(chāi)掉旋翼支臂,旋翼(yì)数越多在(zài)现(xiàn)场组装需要(yào)花的时间也就越(yuè)多(duō)。而且,由于多旋翼(yì)飞行器有旋翼安装顺序的要(yào)求。要安装的旋翼越多就(jiù)意味着潜藏的出错可能越高。也因此(cǐ),诸(zhū)如军队(duì)等地方实(shí)际(jì)使用的多旋翼飞行器,几(jǐ)乎无例(lì)外都是四(sì)旋翼的形式。但如果你可以使用的(de)动(dòng)力(lì)组合单发动力性(xìng)能有(yǒu)限,使用四轴的构型根(gēn)本无法把设计起飞(fēi)重量飞(fēi)起来的话,就要(yào)增加(jiā)旋翼个(gè)数(shù)。
说到这里,可能会(huì)有(yǒu)人说:不是(shì)有那种上下叠(dié)层的多旋翼飞(fēi)行(háng)器么(me)?就是在一(yī)个支(zhī)臂上同时放置一(yī)组共轴反(fǎn)桨的动力组,这样的话不就可以做到旋翼个数增加,却不增加(jiā)飞行器(qì)尺(chǐ)寸(cùn)的效果么?如同下面的(de)这种形式:
这个点子看起来不错。但有个重要(yào)的缺点是,共轴反桨的那上下一(yī)对旋翼的气流会相互干(gàn)扰,从(cóng)而影响这一对(duì)动力组合的效率。简单(dān)地说,就会导(dǎo)致这一(yī)对(duì)旋(xuán)翼(yì)的(de)拉力不是1+1 = 2,而是1+1 < 2的糟糕结果。至于具体会损(sǔn)失多少,大(dà)约是20%的样子。因(yīn)此这么算下来的话,其实这种构(gòu)型能(néng)获得(dé)的提升很有限,还(hái)增加了结构(gòu)的复(fù)杂程度。所以除非(fēi)对飞行器尺寸有很严格(gé)的要求,一般很少会采(cǎi)用这样的设(shè)计(jì)方式。这个点子看起来不(bú)错(cuò)。但有个重要的缺点是,共(gòng)轴反桨的(de)那上下一对旋翼的气流会相(xiàng)互干扰(rǎo),从而影(yǐng)响这(zhè)一对动力组合的效率。
简单地说,就会导致这一对(duì)旋翼的拉力不是1+1 = 2,而是1+1 < 2的糟糕结果。至于(yú)具体会(huì)损失多少,大约是20%的样子(zǐ)。因此这么算下来的话,其实这种构型(xíng)能获得(dé)的提升很有限,还增加了结构的复杂程度。所以除非对飞(fēi)行器尺寸有很严格的要求,一(yī)般很少会采用这样的设计方式。 (稿源:南京(jīng)领航无人机)

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