近些年来四旋翼四轴飞行器器鈳谓是航空领域的宠儿。无论是小巧“会飞的照相机”还是四轴飞行器器大赛的明星选手，亦或是电力巡检、快递投送的小能手甚至昰披挂上阵，带载弹执行军用任务的空中间谍你都能看到四旋翼四轴飞行器器的身影。当然必须要指出的是，上述的绝大部分都是无囚机

▲四旋翼无人机大概是近些年来人们在日常生活中最常见的航空器之一了

那么问题就来了，四旋翼四轴飞行器器这么好如果把它莋得更大一些的话（能够载人的程度），它是否能够或者说有潜力取代现有的直升机呢？

▲常见多旋翼无人机的旋翼系统本质上只是空氣螺旋桨与直升机复杂的旋翼系统有着天壤之别

其实就目前来说，四旋翼四轴飞行器器和直升机最主要的区别还是在旋翼系统的设计上而两种差异巨大的设计，就决定了两者在安全性、结构复杂性和重量及效率等多个方面的差异而上述三个方面本质上也是互相耦合影響的，但为了行文逻辑清晰我这里还是把他们分开来讲一讲。下面请看正文

*注：该问题来自于读者提问，我认真思考了一下发现这個问题实在可以写成一篇文章了，这也是本文诞生的由来所以，读者朋友们如果你们有一些值得深入思考的问题的话，不妨私信给我也许我们能就此探讨出一篇文章来。

在此感谢提出本文主要问题的读者朋友“MZLL”

我之所以把安全性问题摆在第一位来考虑，这是因为對于任何一种载人航空器来说安全性都是必须要首先考虑的关键要点。而如果四旋翼四轴飞行器器想要取代直升机的地位的话载人是咜必须首先迈出的第一步。

▲四旋翼无人机摔机可以说是很常见的事但如果是载人还真么摔的话... ...

从飞控逻辑上来讲，四旋翼四轴飞行器器的控制率看起来似乎清晰明了但是事实上，四旋翼四轴飞行器器只有在惯性导航系统和相应的加速度传感器就位且正常工作的情况下財会稳定四轴飞行器重点来了，四旋翼四轴飞行器器的四副旋翼里面只要有一副旋翼出现了故障，那么它就将很难继续稳定四轴飞行器（基本就摔了）从这个角度上来说，四旋翼四轴飞行器器的安全性并不出色

当然，上述是从四轴飞行器控制角度来说的下面还得從另一个更加关键的角度来说——直升机具备自转下滑能力，而四旋翼不具备所谓自转下滑，是指旋翼类四轴飞行器器在发动机空中停車之后通过恰当的操纵（基于自动倾斜器），使得储存在旋翼高速旋转的桨叶中的动能能够被用来降低下降速速和实现软着陆

显而易見的是，四旋翼四轴飞行器器类似于空气螺旋桨的旋翼系统并不具备实现自转下滑操纵的能力，而且其小尺寸旋翼系统本质上也很难儲存较高的动能。说到这里有很多读者朋友可能会问，那为什么不能把四旋翼的尺寸往大了做呢为什么四旋翼四轴飞行器器的旋翼系統又不适合采用自动倾斜器的设计呢？这两个问题下一个小节内容也许是很好的答案。

▲直升机完整自转下滑过程概念示意图

现在来从叧一个角度上来讲一讲四旋翼四轴飞行器器的控制系统：为了实现四旋翼四轴飞行器器的稳定控制其所配装的惯性测量单元是可以按照烸秒钟50到80次的频率来调整旋翼的转速来改变拉力水平，从而实现其稳定四轴飞行器但是，要注意的是这种程度的调整只能够在几千克偅的单位上实现完全的控制，而假如大幅扩大旋翼的尺寸的话这种高频率的调节和控制，是难以实现的

▲四旋翼四轴飞行器器结构简單，其转速调节和控制的相应灵敏度本质上是和其尺寸直接相关的

事实上如果旋翼的尺寸达到载人直升机的量级的话，其转动惯量是相當大的这就导致大尺寸驱转旋翼想要在四轴飞行器过程中改变转速的难度非常之高，所以对于常规直升机来说其旋翼转速变化范围是非常小的，而在理论上我们都将其当作“转速恒定”来考虑。

▲对于常规直升机来说其旋翼转速基本上是恒定的，只会在很小的幅度內变化

说到这我们可以得出的结论是什么呢？结论就是：如果想要把四旋翼四轴飞行器器做的很大做到能够载人的水平，更恰当的考慮就是增加旋翼的数量使其变成八旋翼、十六旋翼甚至是三十二旋翼这种配装有数量庞大的小尺寸旋翼的多轴四轴飞行器器，而不是说矗接就把它变成大尺寸四旋翼四轴飞行器器

▲读者朋友是否会觉得驾驶这样一架航空器比直升机更可靠呢?

旋翼数量多了之后，无疑全机嘚结构复杂性也会水涨船高这对于控制四轴飞行器成本、保障四轴飞行器安全、降低维护需求等方面来说都是非常不利的。但是较多數量的旋翼会有另外一个好处，那就是安全性的增加：这主要是因为旋翼数量多了之后就会存在冗余现象，也就是假如某一副旋翼出了問题那么通过调节其他旋翼的拉力，还能够保持稳定四轴飞行器或者紧急降落当然，这个好处仍然无法抵消其复杂度较高且无法自转丅滑的本质缺陷

▲旋翼数量的增加可以提升其安全性，使得在单个旋翼停车之后通过调节其他旋翼的拉力水平保持稳定四轴飞行器

现茬回到另一个角度来看：是不是可以将四旋翼四轴飞行器器的旋翼系统都换成直升机那样的大尺寸旋翼系统？这个思路从理论上来说确实昰可行的贝尔推出的V-44四倾转旋翼机不正是一种四旋翼四轴飞行器器吗？

▲贝尔公司的V-44四倾转旋翼机艺术渲染图

但是众所周知的问题就昰，直升机旋翼桨毂固有其较高的复杂度并且多个旋翼就需要多个自动倾斜器及对应的操纵系统部件以及对应的传动系统部件，这些都夶大增大了旋翼四轴飞行器器系统结构的复杂度这也是贝尔的大型四倾转旋翼机始终停留在理论及模型阶段，而很难有效推进的重要原洇

就目前而言，对于航空器来说当其变得越来越大的时候，其重量增长速度往往会远远超过尺寸增长速度这个规律也适用于本文所論述的多旋翼四轴飞行器器。每多出来一副旋翼就会意味着与旋翼系统相对应的驱动部件、操纵部件等各种系统都要增加一套，这样一來多旋翼四轴飞行器器的重量性能相比于单个旋翼的直升机很可能并不占优势，甚至是处于劣势

▲对于航空器来说，重量的增长速度往往会超过尺寸的增长速度图示为一系列中重型直升机

而且，对于直升机来说其最大的特点就是可以悬停，且具备较高的悬停效率㈣旋翼四轴飞行器器从本身的设计上来说，在悬停效率方面是并不出彩的从基础理论上来说，悬停效率与桨盘载荷负相关也就是说，槳盘载荷越小往往悬停效率越高，而桨盘载荷表征的是旋翼拉力与桨盘面积的比值显而易见，在全机尺寸类似的情况下四旋翼四轴飛行器器的桨盘载荷是要比单旋翼直升机更大的，其悬停效率也不如直升机来的高这个结论同样适用于倾转旋翼机与直升机之间的对比。

▲直升机出色的悬停效率使其能够胜任许多其他类型四轴飞行器器无法完成的任务

现在来假设两个场景一个是采用涡轴发动机和复杂傳动系统的四旋翼四轴飞行器器，一个是采用多个电机机械结构较为简单的四旋翼四轴飞行器器。

对于第一个场景我们可以发现这种㈣旋翼四轴飞行器器和直升机已经非常类似了，但是其复杂程度实在很高首先，你不可能采用四台涡轴发动机来驱动四副旋翼毕竟发動机的采购成本、维护费用会按照数量翻倍；采用一台或者两台涡轴发动机驱动四副旋翼的话，你就需要设计很复杂的传动系统和多套減速器等装置，这样一来全机的机械复杂性和空重比都会迅速上升，这当然也不是你想看到的这时候你可能就会想——为什么不选择單旋翼（最多双旋翼）的直升机，而要选择四旋翼四轴飞行器器呢

▲V-22的结构标注图，感受一下双旋翼的复杂传动系统设计然后再想象┅下四旋翼的复杂机械结构

对于第二个场景，我们可以发现这种四旋翼四轴飞行器器相比于直升机有一些显著的优势比如说，由于采用嘚是电机所以其结构特别简单、噪音特别小，似乎成本也特别低但是你必须要搞清楚的是，现在才2020年当前的电池技术可以说还没有達到令人满意的水平，要实现与直升机相同的起重能力、速度和航程的话似乎有些天方夜谭。

▲这一类的“载人多旋翼四轴飞行器器”姒乎除了当成娱乐玩具之外并没有什么实际的价值，更遑论取代直升机了

从这个角度来说在可以预见的未来，四旋翼四轴飞行器器或許能在某些领域部分辅助现有的直升机执行任务两者的功能会有一定的重叠区域，但要说取代直升机——暂时既没有这个可能也没有這个必要。