决(jué)定(dìng)多旋翼飞行器旋翼个数的(de),就是(shì)飞行器稳(wěn)定性、几何尺(chǐ)寸和单(dān)发动力性能三(sān)者的平衡(héng)。
先说稳定性的(de)影(yǐng)响。基本上,我(wǒ)们可以认为多旋(xuán)翼飞行器的稳定性里,八旋翼(yì)>六(liù)旋(xuán)翼(yì)>四旋翼。原因当然好(hǎo)解释,对于一个(gè)运动特性确定(dìng)的飞行器来说,自(zì)然是能(néng)参(cān)与控制的(de)量越多,越容易得到好的控制效果。四旋翼飞行器尚(shàng)且是一个欠驱(qū)动系统。六(liù)旋翼飞行器的时候就已经是一个(gè)完(wán)全驱动系统(tǒng)了。复杂(zá)了是一(yī)回(huí)事,但是(shì)如果(guǒ)能(néng)获得(dé)比较好(hǎo)的效果,也是值得的。另外一(yī)个不容(róng)易注意到的好处是(shì),旋(xuán)翼数(shù)量(liàng)较(jiào)多的时候飞行器对于动力系统失效的容忍程度也会上升。毕竟多发(fā)飞行器一台(tái)发动(dòng)机突然失效不是很罕(hǎn)见的情况。模型级(jí)别的飞(fēi)行(háng)器(qì),射桨也是常有(yǒu)的事(shì)。在这(zhè)种(zhǒng)情况下,八旋翼和六旋翼都可(kě)以承受双发/单发(fā)失效的状况,并(bìng)且飞行器仍然可控。而如果是四旋翼飞行器的话(huà),只要(yào)单发失效,除非(fēi)旋(xuán)翼上有周期变距,否则唯一的(de)选择(zé)就有摔(shuāi)机(jī)了。
但旋翼的数量增加以(yǐ)后,会对飞行器的(de)几何尺寸带来负面影响。因为旋(xuán)翼(yì)数多了,自然每个旋翼(yì)之间的距离也会缩减。四轴(zhóu)飞行器每隔90度放(fàng)置一个(gè)旋翼(yì),六(liù)轴飞行器每隔60度放置一个旋翼,八轴飞行器每(měi)隔45度放(fàng)置一个旋翼。假设(shè)相(xiàng)同拉力时几个旋翼的(de)桨盘总面积(jī)相同(这个(gè)并不(bú)准确,但可以作(zuò)为(wéi)大概(gài)的(de)参考),很容易得出几种结构形式(shì)需要的旋翼直径。如下(xià)表所示:
四旋翼飞行器
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六旋(xuán)翼飞(fēi)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(yì)的旋翼位置(zhì)在设计时也不(bú)能相互(hù)干涉。因此也很容易得出几(jǐ)种结构形式(shì)中旋(xuán)翼中心距离(lí)飞行器几何中心距离。如下(xià)表所示(shì):
四旋(xuán)翼飞行器(qì)
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六旋翼飞行器
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八旋翼飞行器
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1
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1.414
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1.839
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很容(róng)易看出来,相(xiàng)比较旋(xuán)翼直径的(de)缩小,旋翼中(zhōng)心与飞行(háng)器几何(hé)中(zhōng)心的距(jù)离增加得更快。因此很不(bú)幸的,旋翼的数量(liàng)越多,飞行器的尺寸也就会(huì)做得越大。而且,旋翼越多,多旋(xuán)翼飞行器的折叠收纳就(jiù)越是问题。六旋翼尚且可以折叠,八(bā)旋翼就一点办法也没有。即使(shǐ)是简单的(de)拆掉旋翼支臂,旋翼(yì)数越多在(zài)现场组(zǔ)装需要(yào)花的时(shí)间也就越多。而且(qiě),由于(yú)多旋翼飞行器有旋翼安装(zhuāng)顺序(xù)的(de)要(yào)求(qiú)。要安装的旋翼越多就意味着潜藏的出错可能越(yuè)高。也因此,诸(zhū)如(rú)军队等地方实际使用(yòng)的多(duō)旋(xuán)翼飞行器,几乎无例外都是(shì)四(sì)旋翼的形式。但如(rú)果你可以使用的动力组(zǔ)合单(dān)发动力性能有限(xiàn),使用四(sì)轴(zhóu)的构型(xíng)根本无法把设(shè)计起(qǐ)飞重量飞起来的话,就要增加(jiā)旋翼(yì)个数。
说到这里,可(kě)能会有人说:不是有那(nà)种上下叠层(céng)的多旋翼(yì)飞行器么?就是在(zài)一个支(zhī)臂上同(tóng)时放置一(yī)组共轴反桨的(de)动力组(zǔ),这样的话不就(jiù)可以做(zuò)到旋翼个数增加,却不增(zēng)加飞(fēi)行器尺寸的效果么?如(rú)同下面的这(zhè)种形式:
这个点子(zǐ)看起来不错。但有(yǒu)个重要的缺点是,共轴反桨(jiǎng)的那上下一对旋翼的气流(liú)会(huì)相互干扰,从而影响(xiǎng)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力不是1+1 = 2,而是(shì)1+1 < 2的糟糕结果。至于具体会(huì)损失(shī)多少,大约是20%的样子(zǐ)。因此这么算下(xià)来(lái)的话,其实(shí)这种构(gòu)型能(néng)获得的提升很有(yǒu)限,还增加(jiā)了结(jié)构的复杂程度。所以除非对飞行器尺寸有(yǒu)很严格的要求,一般很少会采用这(zhè)样的设计(jì)方式(shì)。这个点子看起来(lái)不错。但有个重要的缺点是(shì),共轴反桨的那上下一对旋翼的气流会相互干(gàn)扰,从而影响(xiǎng)这(zhè)一对动力组合的效率(lǜ)。
简单地说,就会导致这一(yī)对(duì)旋翼的拉力(lì)不是1+1 = 2,而是1+1 < 2的糟糕结果。至于具体会损失多少,大约(yuē)是(shì)20%的样子。因此这么算下来的话,其(qí)实(shí)这种构(gòu)型能获得的(de)提(tí)升很(hěn)有(yǒu)限,还增加了结构的复杂程度(dù)。所以(yǐ)除非(fēi)对飞行器(qì)尺寸(cùn)有很严格的要(yào)求(qiú),一般很少会采(cǎi)用这样的设(shè)计方(fāng)式。 (稿(gǎo)源:南京领航无人机)

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