决定多旋翼飞行器旋翼个数的(de),就是(shì)飞(fēi)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(dìng)性的影响。基本上,我们可以认为多(duō)旋翼(yì)飞行(háng)器(qì)的稳定性里(lǐ),八旋(xuán)翼>六旋翼>四旋翼。原因当然好解释,对于一个运动(dòng)特性确定的飞行器来(lái)说,自然是能参与控(kòng)制的量越多,越容易得(dé)到好的控制效果。四旋翼飞行器尚(shàng)且是一个欠(qiàn)驱(qū)动系统。六旋翼飞行(háng)器的时(shí)候(hòu)就已经是一个完(wán)全驱动系统了。复杂了是(shì)一回(huí)事,但是如果能获得比(bǐ)较好的效果,也是(shì)值得(dé)的。
另外一个不容易注意到的好处是,旋翼数(shù)量较多的(de)时候飞行器对于动力系统失效的容忍程度也(yě)会上升。毕竟多发飞行(háng)器一台发(fā)动机突(tū)然失效不(bú)是很罕见的情况。模型级(jí)别的飞行器,射桨也是(shì)常有的事。在这种情况下,八旋翼(yì)和(hé)六(liù)旋翼都可以(yǐ)承受(shòu)双发/单发失效的(de)状况,并且(qiě)飞行器仍然可控(kòng)。而如(rú)果是四旋翼飞行器的话,只要单发失效,除非旋翼上有周期变距,否(fǒu)则唯(wéi)一的选择就有(yǒu)摔机了(le)。
但旋翼的数量(liàng)增加以后,会对飞行(háng)器的几何尺寸带来负面影响。
因为旋翼数多了,自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,六轴飞行(háng)器每(měi)隔60度放置一(yī)个旋翼,八轴飞(fēi)行器每隔45度放置(zhì)一个旋翼。假(jiǎ)设(shè)相同(tóng)拉力时几个旋翼(yì)的桨盘总面积(jī)相同(这个并不准确(què),但可以作为大概的参考(kǎo)),很容易得(dé)出几种结构形式需要的旋(xuán)翼直径。如下表所示:
同(tóng)样,多旋翼的(de)旋翼(yì)位置在设计时也不能相(xiàng)互干涉。因(yīn)此(cǐ)也很容易得出几(jǐ)种结(jié)构形式中旋翼中(zhōng)心(xīn)距离飞行器几何中心距离。如下表所示:

很容易看(kàn)出(chū)来(lái),相比较旋翼直(zhí)径的缩小,旋翼中(zhōng)心与飞行器几何中心的距离增加得更(gèng)快。因此(cǐ)很不幸的,旋翼的数(shù)量越多,飞行器的尺寸(cùn)也就会做得越(yuè)大。
而(ér)且,旋翼越多,多旋翼(yì)飞行器的折叠收(shōu)纳就越是问题。六旋翼(yì)尚(shàng)且可以(yǐ)折叠,八旋(xuán)翼就(jiù)一点办法也没(méi)有。即使是简(jiǎn)单的拆掉旋(xuán)翼(yì)支臂,旋(xuán)翼数越多在现场组装需(xū)要花的时间(jiān)也就越多(duō)。而且,由于多旋翼飞行器有旋翼(yì)安装顺序的要求。要安(ān)装的旋翼越(yuè)多就意(yì)味着(zhe)潜藏的出错可能越高。也因此(cǐ),诸如(rú)军队(duì)等地方实际使用的多旋翼飞行器,几乎无(wú)例外都(dōu)是四(sì)旋(xuán)翼的形式。
但如果你(nǐ)可以(yǐ)使用的动力组合(hé)单发(fā)动力(lì)性能有限,使用(yòng)四轴(zhóu)的构型根本无法把设计起飞重量飞(fēi)起(qǐ)来的话,呵呵,之前我说的那些就当没说好了……要么(me)老老实实增加旋翼个数,要(yào)么,只好改(gǎi)方案(àn)了。
说到(dào)这里,可能(néng)会有人说:不(bú)是(shì)有那种(zhǒng)上(shàng)下叠层的多旋翼飞行(háng)器么?就是在(zài)一个支(zhī)臂上同(tóng)时放置一组共轴反桨的动力组,这样的话不(bú)就可以(yǐ)做到旋(xuán)翼个数(shù)增加,却不增加飞行器尺寸(cùn)的效果么?如同下面的这(zhè)种(zhǒng)形式:

这(zhè)个点子看起来不错。但有个重要的缺点是,共轴反(fǎn)桨的(de)那上下一(yī)对旋翼的气流会相互干扰,从而(ér)影响这(zhè)一对动力组合的效率。简单地说,就会导致这一对旋翼的(de)拉力不是1+1=2,而是1+1<2的糟(zāo)糕(gāo)结果(guǒ)。至于具体会(huì)损失多少,大约是(shì)20%的样子。因(yīn)此这么(me)算下来的话(huà),其实这种构型能获(huò)得的提升很有限(xiàn),还增加了(le)结构的复杂程度。所以(yǐ)除非对飞行器尺(chǐ)寸有很严格的要求,一(yī)般很(hěn)少会采用这样的(de)设计(jì)方式(shì)。这个点子看(kàn)起来不错。但有个重要的缺点是,共轴反(fǎn)桨的那上下(xià)一对旋翼的气流会相互干扰,从(cóng)而影响(xiǎng)这一对动力组(zǔ)合的效率。简单地说,就会导致这(zhè)一(yī)对旋(xuán)翼的拉力不是1+1=2,而是1+1<2的糟糕结果。至于具体会损失(shī)多少,大约(yuē)是20%的样子。因(yīn)此这么算下来的话(huà),其实这种构型能获得的提升(shēng)很有限,还增加(jiā)了结(jié)构(gòu)的复(fù)杂程(chéng)度。所以(yǐ)除(chú)非(fēi)对飞(fēi)行器(qì)尺寸有很严格的(de)要(yào)求,一般很(hěn)少(shǎo)会采用这样的设计方式(shì)。
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