多軸飛行器

多軸飛行器或多軸飛行器是使用多個旋翼或螺旋槳的飛機，這些旋翼或螺旋槳垂直或幾乎垂直向下排列在一個平面上，以通過旋翼平面的傾斜產生升力和推進力。 與直升機相比，多軸飛行器通過反向旋轉轉子運動而不是與旋轉軸成 90° 傾斜的尾槳來穩定。

根據旋翼的數量，還有四軸飛行器（四個旋翼）、六軸飛行器（六個旋翼）或八軸飛行器（八個旋翼）。 不太常見的設計是三軸飛行器（三個旋翼）。 存在其他特殊形式，但通常是可行性研究。

該功能原理既用于有人駕駛航空，例如自動飛行出租車，也用于無人駕駛飛行器（俗稱“無人機”）。

對于多軸飛行器，螺旋槳通常由無刷直流電機直接驅動。 這些設計為外部或內部轉子，并連接到懸臂的外端。 可以使用葉輪，但很少見。 在這種設計中，有些型號使用中央主驅動器。

由于除了電機之外不需要伺服電機、桿和旋翼頭等機械部件，因此這種設計在機械上比直升機更容易實施。 其他設計使用機械陀螺儀，其與初始位置的偏差由霍爾傳感器（慣性導航系統）記錄。

多軸飛行器通常以常規 + {displaystyle +} -配置以及 × {displaystyle times } -配置或 H-配置構建（見表中的數字）。 + {displaystyle +} 配置很普遍并且允許簡單的控制，其中只有一對電機被控制以改變縱軸和橫軸。 在 × {displaystyle times } - 或 H 配置中，電機與飛行方向偏移 45°。 在這里，必須同時控制所有四個電機繞縱軸或橫軸旋轉。 此外，拍照和電影時，飛行方向不會被螺旋槳遮擋。

下表顯示了多軸飛行器的一些示例配置。 圖中用了三種顏色：灰色代表多軸飛行器的框架，紫色代表順時針旋轉的轉子，綠色代表逆向旋轉的轉子。

多軸飛行器的飛行時間是承載能量和起飛重量之間的折衷。較低的起飛重量允許更長的飛行時間，但會縮小應用范圍。飛行時間也受多種因素影響。較低的環境溫度會導致電池單元的放電速率發生變化。強風必須與盛行風速與飛機的最 大速度相平衡，從而導致更高的能量消耗以保持位置。

電機的電能通常由鋰聚合物蓄電池或磷酸鐵鋰蓄電池提供。 更少見的是，能量是由內燃機產生的。 另一種操作模式是有線飛行，即所謂的“系留”，其中能量由地面提供。 雖然這減少了部署半徑，但它允許幾個小時到一整天的飛行時間。

與傳統直升機相比，多軸飛行器不使用斜盤、變距螺旋槳等任何機械部件進行控制。 升力的變化僅通過增加或降低發動機轉速發生。 如果同時增加或減少所有電機的速度，則多軸飛行器增加或減少。

在多軸飛行器中，兩個螺旋槳順時針和逆時針旋轉。 因此，只要左右旋轉螺旋槳的力之和相同，螺旋槳傳遞給支撐架的力矩就會相互抵消，從而達到中和。

多軸飛行器繞垂直軸（偏航軸）的旋轉是通過控制左右旋轉的螺旋槳以不同的速度進行的。 取消力矩的中和，使多軸飛行器繞偏航軸旋轉，繞縱軸（roll）或橫軸（pitch）的旋轉是由另一軸電機的不同控制引起的。 左旋或右旋電機的速度必須成反比變化，以便它們產生的扭矩總和保持不變。

該模型和無人機多軸飛行器進一步發展的基礎是市場上電子和傳感器的進步大約在 2000 年可用，并從 2004 年開始出現在系列模型中：強大的微控制器評估來自陀螺儀的數據，因此可以自動補償傾斜力矩 - 傾斜力矩比直升機更高更突然，因為升力中心通常位于旋翼平面內。

基于壓電的陀螺儀傳感器或 MEMS（微機電系統）用于測量角速度，處理器使用角速度來控制電動機的速度，使飛機能夠穩定飛行。

根據目前的技術水平，MEMS 陀螺儀具有優勢，因為壓電傳感器可以對飛行過程中的不同天氣條件和溫度差異（陽光和陰影）做出反應，從而導致不穩定的飛行。

使用高度計測量地面以上的飛行高度（地平面以上）。為了排除測量中的偏差，通常使用激光雷達傳感器。這些還可以全方位環顧多軸飛行器，從而測量各個方向到障礙物的距離。

多軸飛行器的視野或飛行方向可以通過指南針的方式傳輸給操作員。

通過使用 GNSS 模塊，可以在許多模型上設置航路點。 設定的點數與卡片一起傳送到多軸飛行器。 這將啟動各個航路點的自主離開，并可以自動執行任務。 GNSS 支持的返航功能允許多軸飛行器在信號丟失的情況下自主飛行和降落到返航點，確保受控飛行更加安全。

20世紀50年代試驗性建設后，很長一段時間都沒有研制出載人多軸飛行器。 然而，結合無人駕駛多軸飛行器的自主運行，最近出現了推動多軸飛行器用于客運的發展。

在旋翼的空氣動力學意義上，無人機是一個多軸飛行器。 然而，無人機有八個螺旋槳——每個電機一個在頂部，一個在底部。

飛機重200公斤。 最 大負載為 100 公斤。 因此，機艙是為單人運輸而建造的。 巡航速度100公里/小時，飛行時間23分鐘，設想應用領域為城市及周邊商業（空中）出租車公司。

為了節省空間，尤其是在市區，旋翼臂可以折疊起來。 在這種情況下，Ehang 184 可以放入普通停車位。 然而，多軸飛行器最常見的用途是航拍和攝像。

除了商業上提供的遠程操作設備外，還有越來越多的私人項目和內部開發。 除了航空攝影之外的另一個應用是有趣的特技飛行。