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多(duō)旋翼(yì)飞行(háng)器的旋翼(yì)个数是由什(shí)么决定的(de)?

 

决定多旋翼飞行器旋翼个数的,就是飞行器稳(wěn)定性、几何尺寸和(hé)单发动力性(xìng)能三者的平衡。

先说稳定(dìng)性的影响。基本上,我们可以认(rèn)为多旋(xuán)翼飞(fēi)行器的稳定性里,八旋(xuán)翼>六旋翼>四旋翼(yì)。原(yuán)因当然好解释,对于(yú)一个运动(dòng)特性(xìng)确定的(de)飞行(háng)器来(lái)说,自然是能参与控制的量越多(duō),越容易得(dé)到好的控制效果。四(sì)旋翼飞行器尚且是一(yī)个欠(qiàn)驱动系统(tǒng)。六旋翼飞行器的时(shí)候就已(yǐ)经是一个完全驱动系统了。复杂了是一回(huí)事,但是如果能获(huò)得比较好的效果,也是值得的。

另(lìng)外一(yī)个不(bú)容易注意到的好处是,旋翼数量较多(duō)的时候飞行器对于(yú)动力(lì)系统失(shī)效的容忍程(chéng)度也会上升。毕竟多发(fā)飞行器一台发动机突然失效不是很(hěn)罕(hǎn)见的情况。模型级别的(de)飞(fēi)行器,射桨也是常(cháng)有的事(shì)。在(zài)这种情况下,八旋(xuán)翼和六旋翼(yì)都可以承(chéng)受双发/单发失效(xiào)的状况,并且飞(fēi)行器(qì)仍(réng)然可控(kòng)。而(ér)如(rú)果(guǒ)是四旋翼(yì)飞行器的(de)话,只要单(dān)发失(shī)效(xiào),除非旋(xuán)翼上有周期变距,否则唯一的选择就有摔机了。

但旋翼(yì)的(de)数量增(zēng)加以后,会对(duì)飞行器的几(jǐ)何尺寸带来负面影响。

因为(wéi)旋翼数多了,自然每个旋翼之(zhī)间的(de)距离也会缩减。四轴飞行(háng)器每隔90度放置一个旋翼,六轴飞行器每(měi)隔60度放置一个旋翼,八轴飞行器每隔45度放(fàng)置一个旋翼。假设相同拉力时几个旋翼的桨盘总(zǒng)面积相同(这个并(bìng)不准确(què),但可以(yǐ)作(zuò)为大(dà)概的参(cān)考),很(hěn)容易(yì)得出几种(zhǒng)结(jié)构形式需要的旋翼直径。如下表所示:

100.jpg 

同(tóng)样,多旋(xuán)翼的旋翼位置在设计时也不能相互干涉(shè)。因此(cǐ)也很容易得出几种结构形式(shì)中(zhōng)旋翼中心距离飞(fēi)行器几(jǐ)何中心(xīn)距离。如下(xià)表(biǎo)所示:

 101.jpg

很容易看出(chū)来,相比较旋翼直径的(de)缩小(xiǎo),旋翼(yì)中心与(yǔ)飞(fēi)行(háng)器几(jǐ)何中心的距离增加得更快(kuài)。因此很不幸的,旋翼的数量越多(duō),飞行器的尺寸也就会做得(dé)越大(dà)。

而且(qiě),旋(xuán)翼越多,多旋(xuán)翼飞行器的折叠收纳(nà)就越(yuè)是问(wèn)题。六(liù)旋翼尚且可以折叠,八旋翼就一点办法也没(méi)有(yǒu)。即(jí)使是简单的拆掉旋翼支臂(bì),旋翼数越(yuè)多在现场组装(zhuāng)需要花的时间也(yě)就越多。而且,由于多旋(xuán)翼飞行器有旋(xuán)翼安装顺序的要求。要安(ān)装的旋翼越多就(jiù)意味(wèi)着潜藏的出错可能(néng)越高。也因此,诸如军队等地方实际(jì)使用的多(duō)旋翼飞行器,几(jǐ)乎无例外都是四(sì)旋翼(yì)的(de)形式(shì)。

但如果你(nǐ)可以(yǐ)使用的动力(lì)组合单发动(dòng)力性能(néng)有限,使(shǐ)用四轴的构型根本无法把设(shè)计起飞重量飞起来的话,呵呵,之前我说的那些(xiē)就当没(méi)说好了(le)……要(yào)么(me)老老实实增加旋(xuán)翼个数,要么,只好改方(fāng)案了。

说到这里,可能会有人(rén)说:不(bú)是有那种上下叠(dié)层(céng)的多旋翼飞(fēi)行器么(me)?就是在一个支臂上(shàng)同(tóng)时放(fàng)置一组(zǔ)共轴反桨的动力组(zǔ),这样的话(huà)不就(jiù)可以做(zuò)到旋翼(yì)个数增加,却不增加飞行器尺寸的效果么?如同下(xià)面的(de)这种形式:

 102.jpg

这个点子看起来不错。但有(yǒu)个重要(yào)的缺(quē)点是(shì),共轴反桨的那上下一对旋翼的气(qì)流(liú)会相互干(gàn)扰,从而影响这一对动力(lì)组合的效率。简单(dān)地说,就会(huì)导致这一对旋翼的拉力不是1+1=2,而是1+1<2的糟糕结果。至于具(jù)体会损失(shī)多少,大约是(shì)20%的(de)样子。因此这么算下来的(de)话,其实这种构(gòu)型能获得的提升很有限,还增加了结构的(de)复(fù)杂程度。所以(yǐ)除非对飞行器尺寸有很严格的要(yào)求,一般很少会采用(yòng)这(zhè)样的(de)设(shè)计(jì)方式。这个点子看起来不错。但有个重(chóng)要的缺点是,共轴(zhóu)反桨的那上下一(yī)对旋翼的气流会相互干扰(rǎo),从(cóng)而影(yǐng)响这(zhè)一对动力组(zǔ)合的效率。简单地说,就会导致这(zhè)一(yī)对旋翼的拉(lā)力不是1+1=2,而(ér)是(shì)1+1<2的糟糕结(jié)果(guǒ)。至于具体会损失(shī)多(duō)少,大(dà)约是20%的样子。因此这么算下来的话,其实这种构型能获得的提(tí)升很有限(xiàn),还增(zēng)加了结(jié)构的复杂程(chéng)度(dù)。所以除非对飞行器尺寸(cùn)有很(hěn)严格的(de)要求,一般很(hěn)少会采用这样的设(shè)计(jì)方式。

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