决定多旋翼飞行器旋翼(yì)个数的,就是飞(fēi)行器(qì)稳定性、几何尺寸和单发动(dòng)力性能三(sān)者的平衡。
先说(shuō)稳(wěn)定性的(de)影(yǐng)响。基本上,我们可以认为多旋翼飞行器(qì)的稳(wěn)定(dìng)性里(lǐ),八(bā)旋翼>六旋翼>四旋翼。原因当(dāng)然(rán)好解(jiě)释,对于一个运动特性确定的飞行器来说,自然是能(néng)参与控制(zhì)的量越多(duō),越容易得到好的控制效果。四旋(xuán)翼飞行(háng)器尚且是(shì)一个欠驱动系统。六旋翼飞行器的时候就(jiù)已经是(shì)一(yī)个完(wán)全驱动(dòng)系统了(le)。复杂了是一(yī)回事,但(dàn)是如果(guǒ)能(néng)获得比较好的效果(guǒ),也是值得(dé)的。
另外(wài)一个不(bú)容易注意到的好(hǎo)处是,旋(xuán)翼(yì)数量较(jiào)多的时候(hòu)飞行器(qì)对于动力系统失(shī)效的容忍程度也(yě)会上升。毕竟(jìng)多发飞行器一台发(fā)动机突(tū)然失效不(bú)是很(hěn)罕见的情况。模型级别的飞行器,射桨(jiǎng)也是常有的(de)事(shì)。在这种情(qíng)况(kuàng)下,八旋翼和六旋翼都可以承(chéng)受(shòu)双发/单发失效的状况,并且(qiě)飞行(háng)器仍(réng)然可控。而如果(guǒ)是四旋翼飞行器(qì)的话,只要单发(fā)失效,除(chú)非旋(xuán)翼上有周期变距,否则唯一的(de)选(xuǎn)择(zé)就有(yǒu)摔(shuāi)机了(le)。(可你为什(shí)么要在(zài)四旋翼上装(zhuāng)周期变距呢?)
但旋翼(yì)的数量增加以后(hòu),会对飞行器的几何尺寸(cùn)带来负(fù)面影响。
因(yīn)为旋翼数多了,自然(rán)每个(gè)旋翼之间的距离也会缩减。四轴飞行器每隔90度放置一个旋翼,六(liù)轴飞行器每隔60度放置一个(gè)旋翼(yì),八轴飞行器每隔45度放置一(yī)个旋翼。假设(shè)相(xiàng)同拉力时几(jǐ)个(gè)旋翼的桨盘总(zǒng)面积相同(这个(gè)并不准确(què),但(dàn)可以作(zuò)为大概的参考),很容易得(dé)出几种结(jié)构形式需(xū)要的旋翼直径。
同样(yàng),多旋(xuán)翼(yì)的旋翼位置在设计(jì)时也不(bú)能相互干涉。因此也很(hěn)容(róng)易得(dé)出几种结构形式中旋(xuán)翼中心距离飞行(háng)器几何(hé)中(zhōng)心距离。
很容易(yì)看出来,相比较旋翼直径的缩小,旋翼中(zhōng)心与飞行器(qì)几何中心的(de)距(jù)离增加得更(gèng)快。因此很不幸的,旋(xuán)翼的(de)数量越多,飞行(háng)器的(de)尺寸(cùn)也就会做得越大。
而且,旋翼越多,多旋(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(xuán)翼就一点办(bàn)法也没有。即使是简单的拆掉旋(xuán)翼支臂,旋翼数越多在现场组装需要花的(de)时(shí)间(jiān)也(yě)就越多。而(ér)且,由于(yú)多旋翼飞行器有旋翼安装顺序的要求。要安装的旋翼(yì)越多就意(yì)味着潜藏的出错(cuò)可能越高。也因此,诸如军队等地(dì)方实际使用的多旋翼飞行器,几(jǐ)乎无例外都是(shì)四旋(xuán)翼的形式。
但如果你可以使(shǐ)用的动力组(zǔ)合单(dān)发动力性能有限(xiàn),使用(yòng)四轴的构型根(gēn)本无法把(bǎ)设计起飞重量飞起来(lái)的话,呵呵(hē),之前我说的(de)那些就当(dāng)没说好了……要么老(lǎo)老实实增加旋翼个数,要么,只(zhī)好(hǎo)改方案了。
说到这里,可能会有(yǒu)人说(shuō):不是有那种上下叠层的多旋翼(yì)飞行器么?就是在一个(gè)支臂上同时(shí)放置一组共轴反桨的动力组,这样的(de)话不就可以做到旋翼个数(shù)增加,却不增加飞行器尺寸的效果(guǒ)么?如同下面(miàn)的这种形式:这个点子看起来(lái)不错。但有个重要(yào)的缺点是,共轴反桨的(de)那(nà)上下一对(duì)旋翼的气流会相互干扰,从而影(yǐng)响这一对动力组合的效率。简单地说,就会导致这一对旋翼的拉(lā)力(lì)不(bú)是1+1 = 2,而是1+1 <2的糟糕结(jié)果。至于具体会损(sǔn)失多(duō)少,大约是20%的样子(zǐ)。因此这么算下(xià)来的话,其实(shí)这(zhè)种构型(xíng)能(néng)获(huò)得的提升很(hěn)有限(xiàn),还增加了结构的复杂程度。所(suǒ)以除非对飞行器尺寸(cùn)有很严格的(de)要求,一般(bān)很少会采用这样的设(shè)计方式。

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