固定翼无人机和旋翼无人机的区别

Answer 1

1.什么是多旋翼

多旋翼飞行器是一类通过多个定距桨（螺旋桨）正反旋转与转速控制提供飞行器升力与飞行器姿态调整。这样的定义方式使我们准确了解多旋翼飞行器的旋翼结构、升力来源、姿态控制方式。

2.多旋翼飞行器一般结构

任何飞行器都可以分为三个部分：控制器，执行器，反馈环节。控制器包括飞控，接收机；执行器包括电调，直流电机，定距正反桨；反馈环节就是传感系统，一般包括两大类：飞行器姿态传感系统，外部环境感知系统。

3.多旋翼飞行器控制原理

四旋翼飞行器正反桨两两成对，分别向不同方向旋转，平衡扭矩并向旋翼“下方”推送气流。通过成对变化定距桨旋转速度，调整入流量来实现飞行器姿态控制。

一般而言，四旋翼飞行器有两种飞行模式，上面介绍的是X型控制结构，也是当下使用较多的控制方式。除此之外还有十字型，两者原理大同，细节小异。

至于八旋翼，十六旋翼甚至更多，都是通过成对正反桨平衡扭矩，提供升力，调整姿态。

4.多旋翼飞行器特点

多旋翼机型确实降低了商品无人机的门槛。然而在很多飞行器设计师的眼中多旋翼飞行器是一个非常“奇怪”的存在，它的缺点实在非常多，却因同样具有非常鲜明的优点而成为当下无人机市场的宠儿。

优点

从飞行器操作者的角度来看，多旋翼是完美（简单）的被控对象（虽然它还是非线性，非最小相位系统）。

多旋翼飞行器可以很容易产生统一方向的气流推送，因此具备优秀的VOTL能力与定点悬停能力，而这是一般固定翼飞机望尘莫及的。

同时对称的旋翼布局使得其操控简单直接，姿态调整时只需成对改变旋翼转速，就可提供非常“直接”的姿态力矩。而其它旋翼机则一般会有一个复杂的动力学过渡过程（这样描述其实很不专业，却比较容易理解），增加了炸鸡以及飞行器周围人员的风险，对操作者的控制要求提升了很多。

而且多旋翼飞行器的姿态变化方式使得该机型直接采用定距桨，相比于直升机的变距桨在机械设计结构，控制难度，实现成本，姿态平稳方面都有很大提升。

一句话：多旋翼飞行器使得飞行变得简单

缺点

从飞行器设计者的角度来看多旋翼飞行器却是—“无比丑陋”的。

首先，其气动效率非常糟糕。固定翼是上帝为飞行生物设计的完美的飞行器结构。固定翼在空中可以借助气流产生升力，姿态变换通过“借力”实现（还是要有执行器控制相应的机械结构，但省“力”很多），螺旋桨或者喷气发动机只提供额外飞行速度。而多旋翼需要安装与旋翼数相同的电机来提供升力，在飞行过程中完全没有办法借助空气动力。姿态变化，飞行速度全部来自于机载动力，自身能量消耗巨大，效率之低令人发指。

这也是为什么在讨论翼型时基本都是关于固定翼和直升机的，多旋翼的定距桨也就是谈一谈扭矩，旋翼尺寸和电机选择方面的匹配罢了。

其次，在机动性方面，直升机型飞行器机动速度与飞行包络都明显优于多旋翼飞行器，如果在机动过程中充分考虑直升机机身与主旋翼之间的作用力耦合，并在控制算法中巧妙地加以利用则可以增强直升机的机动性，降低能耗。但对于多旋翼而言，机动过程既不美观也不经济。

最后，当多旋翼飞行器“大型化”也就是Scale number（尺寸系数）上升后，意味着需要提供更大的升力从而要求更大尺寸的定距桨，这不但面临着更大动力模块的难题，同时众多大尺寸旋翼在一个平面中旋转会使实际控制变更加困难。

一句话：多旋翼飞行器使得飞行变得没品质。

任何一种飞行器结构都必然存在自己优缺点，换句话说，留给爱好者和设计者的空间是很大的，无人机在飞行器控制方式和结构设计中蕴藏着巨大的创新潜力。相信以后可以看到越来越多奇妙、美丽、高效的飞行器设计结构。（劲鹰无人机）