多轴飞行器

多轴飞行器或多轴飞行器是使用多个旋翼或螺旋桨的飞机，这些旋翼或螺旋桨垂直或几乎垂直向下排列在一个平面上，以通过旋翼平面的倾斜产生升力和推进力。 与直升机相比，多轴飞行器通过反向旋转转子运动而不是与旋转轴成 90° 倾斜的尾桨来稳定。

根据旋翼的数量，还有四轴飞行器（四个旋翼）、六轴飞行器（六个旋翼）或八轴飞行器（八个旋翼）。 不太常见的设计是三轴飞行器（三个旋翼）。 存在其他特殊形式，但通常是可行性研究。

该功能原理既用于有人驾驶航空，例如自动飞行出租车，也用于无人驾驶飞行器（俗称“无人机”）。

对于多轴飞行器，螺旋桨通常由无刷直流电机直接驱动。 这些设计为外部或内部转子，并连接到悬臂的外端。 可以使用叶轮，但很少见。 在这种设计中，有些型号使用中央主驱动器。

由于除了电机之外不需要伺服电机、杆和旋翼头等机械部件，因此这种设计在机械上比直升机更容易实施。 其他设计使用机械陀螺仪，其与初始位置的偏差由霍尔传感器（惯性导航系统）记录。

多轴飞行器通常以常规 + {\displaystyle +} -配置以及 × {\displaystyle \times } -配置或 H-配置构建（见表中的数字）。 + {\displaystyle +} 配置很普遍并且允许简单的控制，其中只有一对电机被控制以改变纵轴和横轴。 在 × {\displaystyle \times } - 或 H 配置中，电机与飞行方向偏移 45°。 在这里，必须同时控制所有四个电机绕纵轴或横轴旋转。 此外，拍照和电影时，飞行方向不会被螺旋桨遮挡。

下表显示了多轴飞行器的一些示例配置。 图中用了三种颜色：灰色代表多轴飞行器的框架，紫色代表顺时针旋转的转子，绿色代表逆向旋转的转子。

多轴飞行器的飞行时间是承载能量和起飞重量之间的折衷。较低的起飞重量允许更长的飞行时间，但会缩小应用范围。飞行时间也受多种因素影响。较低的环境温度会导致电池单元的放电速率发生变化。强风必须与盛行风速与飞机的最 大速度相平衡，从而导致更高的能量消耗以保持位置。

电机的电能通常由锂聚合物蓄电池或磷酸铁锂蓄电池提供。 更少见的是，能量是由内燃机产生的。 另一种操作模式是有线飞行，即所谓的“系留”，其中能量由地面提供。 虽然这减少了部署半径，但它允许几个小时到一整天的飞行时间。

与传统直升机相比，多轴飞行器不使用斜盘、变距螺旋桨等任何机械部件进行控制。 升力的变化仅通过增加或降低发动机转速发生。 如果同时增加或减少所有电机的速度，则多轴飞行器增加或减少。

在多轴飞行器中，两个螺旋桨顺时针和逆时针旋转。 因此，只要左右旋转螺旋桨的力之和相同，螺旋桨传递给支撑架的力矩就会相互抵消，从而达到中和。

多轴飞行器绕垂直轴（偏航轴）的旋转是通过控制左右旋转的螺旋桨以不同的速度进行的。 取消力矩的中和，使多轴飞行器绕偏航轴旋转，绕纵轴（roll）或横轴（pitch）的旋转是由另一轴电机的不同控制引起的。 左旋或右旋电机的速度必须成反比变化，以便它们产生的扭矩总和保持不变。

该模型和无人机多轴飞行器进一步发展的基础是市场上电子和传感器的进步大约在 2000 年可用，并从 2004 年开始出现在系列模型中：强大的微控制器评估来自陀螺仪的数据，因此可以自动补偿倾斜力矩 - 倾斜力矩比直升机更高更突然，因为升力中心通常位于旋翼平面内。

基于压电的陀螺仪传感器或 MEMS（微机电系统）用于测量角速度，处理器使用角速度来控制电动机的速度，使飞机能够稳定飞行。

根据目前的技术水平，MEMS 陀螺仪具有优势，因为压电传感器可以对飞行过程中的不同天气条件和温度差异（阳光和阴影）做出反应，从而导致不稳定的飞行。

使用高度计测量地面以上的飞行高度（地平面以上）。为了排除测量中的偏差，通常使用激光雷达传感器。这些还可以全方位环顾多轴飞行器，从而测量各个方向到障碍物的距离。

多轴飞行器的视野或飞行方向可以通过指南针的方式传输给操作员。

通过使用 GNSS 模块，可以在许多模型上设置航路点。 设定的点数与卡片一起传送到多轴飞行器。 这将启动各个航路点的自主离开，并可以自动执行任务。 GNSS 支持的返航功能允许多轴飞行器在信号丢失的情况下自主飞行和降落到返航点，确保受控飞行更加安全。

20世纪50年代试验性建设后，很长一段时间都没有研制出载人多轴飞行器。 然而，结合无人驾驶多轴飞行器的自主运行，最近出现了推动多轴飞行器用于客运的发展。

在旋翼的空气动力学意义上，无人机是一个多轴飞行器。 然而，无人机有八个螺旋桨——每个电机一个在顶部，一个在底部。

飞机重200公斤。 最 大负载为 100 公斤。 因此，机舱是为单人运输而建造的。 巡航速度100公里/小时，飞行时间23分钟，设想应用领域为城市及周边商业（空中）出租车公司。

为了节省空间，尤其是在市区，旋翼臂可以折叠起来。 在这种情况下，Ehang 184 可以放入普通停车位。 然而，多轴飞行器最常见的用途是航拍和摄像。

除了商业上提供的远程操作设备外，还有越来越多的私人项目和内部开发。 除了航空摄影之外的另一个应用是有趣的特技飞行。