关于四旋翼飞行器的结构布局问题

四旋翼飞行器采用四个旋翼作为飞行的直接动力源,旋翼对称分布在机体的前后、左右四个方向,四个旋翼处于同一高度平面,且四个旋翼的结构和半径都相同,结构形式如图1所示,四个电机对称的安装在飞行器的支架端,支架中间空间安放飞行控制计算机和外部设备 电机1 和电机3 逆时针旋转的 带动 旋翼1 和旋翼3 逆时针旋转,同时,电机2 和电机4 顺时针旋转带动旋翼2 和旋翼4 顺时针旋转,因此当飞行器平衡飞行时,陀螺效应和空气动力扭矩效应均被抵消。与传统的直升机相比,四旋翼飞行器有下列优势:各个旋翼对机身所施加的反扭矩与旋翼的旋转方向相反,因此当电机1 和电机3 逆时针旋转的同时,电机2 和电机4 顺时针旋转,可以平衡旋翼对机身的反扭矩。方程M1+M3=M2+M4

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读过上面 有心的读者会问到为什么所有的四旋翼都必须满足相邻电机反向旋转,对角电机同向旋转呢,为什么不能相邻电机通向选转 对角电机反向旋转呢,这样不是一样可以实现力矩平衡吗,是的就如下图所示

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这样一样可以实现M1+M3=M2+M4=0

大家这时候会注意到这样 飞机不但可以满足力矩平衡方程 并且在每一个对角上的力矩都为0 。是的但就是因为这个零才不能采用这种模式的四旋翼飞行器 因为这样就无法产生航向力矩 也就是说这样的四旋翼飞机是无法实现航向改变的 (无法原地自转) 当然有些朋友也会觉得我这样分析是有问题的 因为他们发现 如果让对角线转向相反的两个电机转速不同 一样可以实现航向偏转。的确这样可以实现航向偏转力矩 但是这样的话也就导致了其他两个电机无论是怎么样 都会出现一个滚转方向上的力矩(俯仰或者是横滚)所以这样的四旋翼是难于控制的 这也就是 四旋翼会采取相邻电机反向的原因。

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