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多旋翼飞行器的旋翼数量是由什(shí)么(me)决定的?

 

决(jué)定多旋翼(yì)飞行器旋翼(yì)个数的,就是飞行器稳定性、几何尺(chǐ)寸(cùn)和单发(fā)动力性(xìng)能三者的平衡。

先(xiān)说稳定性的影响。基本上,我们可(kě)以认为(wéi)多旋(xuán)翼飞行器的稳定性里,八旋翼>六旋翼(yì)>四旋翼。原因(yīn)当然好解释,对于一个运动特性确(què)定(dìng)的飞行器来(lái)说,自然是能参与(yǔ)控制的量越多(duō),越容(róng)易得到好的控制效果。四旋翼飞行器(qì)尚且是一个欠驱动系统。六旋(xuán)翼飞行(háng)器的时候就(jiù)已经(jīng)是一个(gè)完全驱动系统了。复杂(zá)了是一回(huí)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(róng)易注意到的好(hǎo)处是,旋翼数量较(jiào)多的(de)时候飞行器对(duì)于动力系统失效(xiào)的容忍程度也会上升(shēng)。毕竟多(duō)发飞行器(qì)一台发动机突然失效不是很罕见的情况。模(mó)型(xíng)级别的飞行器(qì),射桨也是常有(yǒu)的(de)事(shì)。在这种情(qíng)况(kuàng)下,八(bā)旋(xuán)翼和六旋翼都可以承受(shòu)双发/单(dān)发(fā)失效的状况,并且飞(fēi)行器(qì)仍然可控。而如(rú)果是四(sì)旋翼飞行器(qì)的话,只要(yào)单发失效,除非(fēi)旋翼(yì)上有周期变距,否则唯一的选择就有摔机了。(可(kě)你为(wéi)什么要在四旋(xuán)翼上(shàng)装周期变(biàn)距呢(ne)?)

但旋翼的(de)数量增加以后,会(huì)对飞行器的几(jǐ)何(hé)尺寸(cùn)带来负面影响。

因为旋翼数(shù)多了,自然每个旋翼之间的距(jù)离也会(huì)缩减。四轴飞行器每隔90度放置一个(gè)旋翼,六轴飞行器每隔60度放(fàng)置一个旋翼,八轴飞行器每隔45度放置一个旋翼。假设相同拉力(lì)时几个(gè)旋翼的桨盘总面积相同(这个(gè)并不准确,但可以作为(wéi)大概的参考),很容易得出几(jǐ)种结构(gòu)形式(shì)需要的旋翼(yì)直径(jìng)。

同样(yàng),多旋(xuán)翼的旋(xuán)翼位置在(zài)设计时也不能相互干涉。因(yīn)此(cǐ)也很容易得出几种结构形(xíng)式中旋翼中(zhōng)心(xīn)距离飞行器几何中心距离。

很容易看(kàn)出来,相比较旋(xuán)翼(yì)直径的缩小,旋翼中心与飞行(háng)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(yuè)多,飞行器的(de)尺寸(cùn)也就会做得越(yuè)大。

而且,旋翼越多(duō),多旋翼飞行(háng)器的折叠收纳就越是问题(tí)。六旋翼(yì)尚且可以折叠,八旋翼(yì)就一(yī)点办法(fǎ)也没有。即使是简单的拆掉旋翼支臂,旋翼数越多在现场组装需(xū)要花(huā)的时间也就(jiù)越(yuè)多。而且(qiě),由于多旋翼(yì)飞行器有旋翼安装顺序的要求。要安装的(de)旋翼(yì)越多就意味着潜藏的出(chū)错可能(néng)越高(gāo)。也(yě)因此(cǐ),诸如军队(duì)等(děng)地方实际使用的多旋翼飞行(háng)器(qì),几(jǐ)乎(hū)无例外都是(shì)四旋翼的形式。

但(dàn)如果你可以使用的动力组合单发动力性能有限,使用(yòng)四轴的构型根本无(wú)法把设计起(qǐ)飞重量飞起来的话,呵呵,之前我说的那些就当没说好了(le)……要么老(lǎo)老实实(shí)增(zēng)加旋翼个(gè)数,要(yào)么,只好(hǎo)改方案了。

说到这里,可(kě)能会有人说:不是(shì)有(yǒu)那种上下叠层的多旋翼飞行器么?就是(shì)在一(yī)个支臂上(shàng)同(tóng)时放置一(yī)组共(gòng)轴(zhóu)反桨的动力组,这样的话不就可以(yǐ)做到旋翼个数增(zēng)加,却不(bú)增(zēng)加飞行器尺寸的效果么?如同(tóng)下(xià)面的这种形式:这个点子看起来不(bú)错。但有个重(chóng)要的缺点是(shì),共轴反桨的那上下一对(duì)旋(xuán)翼的气流会相互(hù)干扰,从而影响这一对动力组合的(de)效率。简(jiǎn)单(dān)地说,就会导致这一对旋(xuán)翼(yì)的拉力不是1+1 = 2,而是1+1 <2的糟(zāo)糕结果。至于具(jù)体会损失多少,大约是20%的样子。因此这么算下来的话,其(qí)实这种构型能获得的(de)提升很有限,还增加了结构的复杂程(chéng)度(dù)。所以除非对(duì)飞行器(qì)尺(chǐ)寸有很严格的(de)要求,一般很(hěn)少(shǎo)会采用这样(yàng)的设计方式。

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