决定多旋翼飞行器旋翼个数的,就是飞行器稳(wěn)定性、几(jǐ)何尺寸和单发动力性能(néng)三者的(de)平衡。
先说(shuō)稳定性的影(yǐng)响。基(jī)本上,我们(men)可以认为多旋翼飞行器(qì)的稳定性(xìng)里,八旋(xuán)翼>六旋翼>四旋(xuán)翼。原(yuán)因当然好解释,对于一个运动特(tè)性确(què)定的飞行器(qì)来说,自(zì)然是(shì)能(néng)参与控制的量越多,越容易得到好(hǎo)的控制效果。四旋翼飞行器尚(shàng)且是一个欠驱动系(xì)统。六旋翼飞行(háng)器的时候就(jiù)已经(jīng)是一(yī)个完全驱动(dòng)系统了。复杂了是一回事,但是如果能获得(dé)比较好的效果,也(yě)是值(zhí)得的。另(lìng)外一个不容易注(zhù)意到(dào)的好(hǎo)处是,旋翼数量较多的时候飞行器对于动力系统失效的容忍(rěn)程度也会上升(shēng)。毕竟(jìng)多(duō)发(fā)飞行器一台发动机(jī)突然(rán)失效不是很罕见的情况。模型级别的飞行器,射桨也是常(cháng)有的事。在这种情况下,八旋翼和六旋翼都可(kě)以承受双发/单发失效的(de)状(zhuàng)况,并且飞行器仍(réng)然可控。而(ér)如果是四旋翼飞行器的话,只要(yào)单发失效,除非(fēi)旋翼上有(yǒu)周期变距,否则唯一的选(xuǎn)择就有摔机(jī)了。
但旋翼(yì)的数量增加以后,会对飞行器的几何尺寸(cùn)带(dài)来(lái)负面影响。因为旋翼(yì)数多(duō)了,自然(rán)每(měi)个旋翼之间的(de)距离也会缩(suō)减。四轴飞(fēi)行器(qì)每隔90度放置一个旋翼(yì),六轴飞行器每隔60度放置一个旋翼,八轴(zhóu)飞行(háng)器(qì)每隔(gé)45度放置一个旋翼。假设相同拉(lā)力时几个旋翼的桨盘(pán)总(zǒng)面积相同(这(zhè)个并不准确,但可以作为大概的参考),很容易得(dé)出几(jǐ)种结构形式需要的(de)旋翼直径。如下表所示(shì):
四旋翼飞行器
|
六旋翼飞行器
|
八旋(xuán)翼飞行器
|
1
|
0.8
|
0.71
|
同(tóng)样,多(duō)旋翼的(de)旋(xuán)翼位(wèi)置在设计时也(yě)不能相互(hù)干涉。因此也很容易得(dé)出几种结构(gòu)形(xíng)式中旋翼中心距(jù)离飞行器几何(hé)中心距离(lí)。如下表(biǎo)所示:
四旋(xuán)翼飞行器
|
六(liù)旋翼飞行器
|
八旋翼飞行(háng)器
|
1
|
1.414
|
1.839
|
很容易看出(chū)来,相比(bǐ)较旋翼直径的缩(suō)小,旋(xuán)翼中心(xīn)与飞行器几何(hé)中心的(de)距(jù)离增加得(dé)更快。因(yīn)此很(hěn)不幸的,旋翼(yì)的数量(liàng)越多,飞行器的尺寸(cùn)也就会做得(dé)越大。而且,旋翼越多,多旋(xuán)翼飞(fēi)行器的折叠收纳就(jiù)越是问题。六(liù)旋翼尚且可以折叠,八旋(xuán)翼就一点办(bàn)法也没有。即(jí)使是简单的拆(chāi)掉旋翼支臂,旋翼(yì)数越多在现场组装需要花的时间也就越(yuè)多。而且,由于多旋翼飞行器有旋翼安装顺(shùn)序的要求。要安(ān)装的旋翼越多就意味着潜藏的出错可能越(yuè)高。也因此(cǐ),诸如军队等地方实(shí)际(jì)使用(yòng)的多旋(xuán)翼飞行(háng)器,几乎无例外都是(shì)四旋翼的(de)形式。但如(rú)果你可以使用的动力组(zǔ)合单发(fā)动(dòng)力(lì)性能有限,使用四(sì)轴的构型根本无法把设(shè)计起飞重量飞起来的话,就要增加旋翼个数。
说到这里,可(kě)能会有人说:不是有那种上(shàng)下(xià)叠(dié)层的多旋翼飞行器么?就是(shì)在一个支(zhī)臂(bì)上同时放置一组共轴(zhóu)反桨(jiǎng)的动(dòng)力组,这样的话不就(jiù)可以做到(dào)旋(xuán)翼个数增加,却(què)不增加飞行器尺寸的效果么?如(rú)同下面的这种形(xíng)式:
这(zhè)个点子看(kàn)起来不错。但有(yǒu)个重要的缺点是,共(gòng)轴反桨(jiǎng)的那上下一(yī)对旋翼(yì)的气(qì)流会相互干扰,从而影(yǐng)响这一对动(dòng)力组合的效率。简单地说,就会导致这一对旋翼的拉力不(bú)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20%的样子。因此这(zhè)么(me)算下(xià)来的话,其实这种构型能获得的(de)提升很有限(xiàn),还(hái)增加(jiā)了结构的复杂程度。所以除非对飞行器尺寸有很严格的要求,一(yī)般很少会采用这样(yàng)的设计方式(shì)。这个(gè)点子看起来不错。但有个(gè)重要的缺(quē)点(diǎn)是,共轴反桨的那上下(xià)一(yī)对旋翼的气流会相互干扰,从而影响这(zhè)一对动力(lì)组合的效率(lǜ)。
简单地说(shuō),就会导(dǎo)致这一对(duì)旋翼的(de)拉(lā)力不是1+1 = 2,而是1+1 < 2的糟糕结果。至(zhì)于(yú)具(jù)体会损(sǔn)失(shī)多少,大约是(shì)20%的样子。因此这么算(suàn)下(xià)来的话,其实这种构型能获得的(de)提升(shēng)很有限,还(hái)增(zēng)加了结(jié)构的(de)复杂程度。所以除(chú)非(fēi)对飞行器(qì)尺寸有很严格(gé)的要(yào)求(qiú),一般很(hěn)少会采用(yòng)这样的设计(jì)方式(shì)。 (稿源:南(nán)京领航无(wú)人机)

咨询航拍服务可加老鹰的微信laoyingfly |