往期部分文章
序幕
一辆皮卡从简陋的夯土院子里驶上坑坑洼洼的土路。货厢里强壮的大汉双手紧紧握着大口径“德什卡”机枪的D型握把，尽管车身颠簸但仍然站得很稳。他警惕地观望着四周，忽然听到嘈杂的汽车声里夹杂了一丝不易察觉的嗡嗡声！等他抬起头，满脸已经惊恐到扭曲，松开握枪的手拼命拍打驾驶室的车顶！但是已经晚了：一个白色的“羽毛球”从天而降，紧接着一声巨响，皮卡被炸得翻倒在路边。
武装皮卡是冲突地区常见的机动武装力量
“羽毛球”是由一颗碰炸引信的榴弹加羽毛球改装而成，投放它的是一架原来用于摄影的4旋翼小型民用无人机。尾随皮卡的几名士兵追着小无人机跑了一段，树丛里忽然跳起一个身影扔下遥控器朝远处狂奔。后面几个士兵手里的AK开火了，几个点射中，逃跑的操作员倒在了黄色的土地上。
用“经纬”4旋翼无人机改装
民用无人机经过极简单的改装后，就可以携带微型炸弹去袭击敌人，这已经是热点地区见怪不怪的平常事。不过这样做非常危险：多旋翼无人机的续航时间实在太短，发起这样的袭击，对于飞手来说是件非常危险的事。
多旋翼起源
其实多旋翼飞机——应该说飞行器更严谨一些——由来已久，控制的方法也超级简单：它靠4个旋翼两两反向转动就消除了传统单旋翼直升机的旋翼扭矩问题。如果要保持水平悬停，只要让四个旋翼升力相同就行，哪一个升力大了或者小了，就减慢或加快对角旋翼的转速，直到姿态恢复平衡。而直线飞行时只需要让整个飞行器倾斜一定的角度，升力的分力就会变成推进使之往一个方向飞行，保持倾斜角度也像保持水平一样依靠4个旋翼的加减速。根据直线飞行时飞行器的姿态，四旋翼飞行器还分为X型和十字型两种，区别是前飞时是一个旋翼在前还是两个旋翼在前。这类飞行器还有六旋翼、八旋翼……控制原理可以同理类推。
很早就有人尝试过多旋翼飞行器
这么简单易行的原理，为什么在直升机发展的早期却很不成功呢？4旋翼飞行器毛病实在太多了！首先，它是个“不稳定结构”（又来了……之前讲了太多“自稳定”和“不稳定”的结构，参看前期文章），不过这次很容易理解——只要有1个旋翼失效，整架飞行器立刻倾覆坠毁。它也不具备普通单旋翼直升机自转下降的能力 ，所以立马完蛋。6旋翼、8旋翼飞行器会好一些，1个旋翼失效还能继续飞行。顺便说一句：V-22“鱼鹰”这种双旋翼飞机本来也是不稳定，但是贝尔和波音硬在“鱼鹰”的机翼里加了横向的传动轴，即使一台发动机失效，也能把另一侧发动机的动力传过来驱动螺旋桨，从而保证了安全性！但是可想而知，这个结构会有多复杂、增加多少重量……
四旋翼一旦有一个失效就会发生事故
其次，多旋翼飞行器靠快速调整其中一个或者多个旋翼来实现悬停或者平飞，动力系统就必须有极快的响应速度。所谓响应速度是指当飞行员推拉油门杆时，发动机做出反应的速度，内燃机的活塞系统有强大的惯性，顶多只能达到秒级，即使用它作为动力勉强飞起来，也必定是歪歪倒倒。降落都会非常困难，因为降落时离地面近，地面效应的加持让飞行器更加不可控。
内燃机的工作方式决定了响应速度较慢
还有，这种飞行器自身不稳定，就需要飞行员来保持稳定。可飞行员坐在一架摇摇晃晃的飞行器里，重力的方向受到严重干扰，就很难保持稳定，靠仪表更加难以做到。即使勉强飞起来，飞行员要不时调整姿态，没个几分钟就会疲劳得受不了。最后，这种飞行器的速度着实让人担忧——四个旋翼平飞时阻力非常惊人。这一大堆毛病用早期技术根本没法解决，所以多旋翼飞行器只能静静地躲角落里——“恰似猛虎卧荒丘，潜伏爪牙忍受”
早期不成功的多旋翼飞行器
异军突起
进入21世纪后，多旋翼飞行器突然在无人机领域井喷式地大爆发！尤其是2013年开始发展速度让步人眼花缭乱，到2019年，全球每年销售的民用无人机中，多旋翼飞行器占了80%以上，其中中国某公司的产品占到整个市场70%以上的份额，甚至连美国、以色列（“哈比”、“猎人”都曾是我们学习的对象）这样昔日的无人机技术领先的国家都大批采购。许多民间武装也用它来改装成“微型轰炸机”……
多旋翼飞行器忽然在无人机领域异军突起
说起来多旋翼飞行器的兴起首先得益于自动控制技术的大发展。有超大规模集成电路、高速微处理器、电子陀螺仪，多旋翼飞行器所需要的增稳控制只用一块类似手机的芯片就妥妥地搞定稳定性，不用人手工去控制平衡，一下子解决了最大的难题。
常见的开源无人机飞控，集成了众多功能
其次是的高功率密度的外转子永磁电机，电机的响应速度比起活塞式内燃机快一个数量级，多旋翼飞行器的飞控系统一般每秒钟可以发出400条指令给电机，这种调整速度再加上GPS定位和气压定高计，可以保证飞行器在空中稳得象钉子一样。此外，电动机结构简单，可靠性非常高故障率也低，多旋翼安全性不足也就不再是大问题了。而且多旋翼无人机和同样能垂直起降、悬停的单旋翼直升机相比，机械结构要简单得多，没有周期变距机构、总距控制机构、尾桨；螺旋桨也都是刚性安装，没有水平铰、挥舞铰；电动机直接驱动螺旋桨，没有变速箱……结构的简单使得故障率、成本当然也都大大降低了。
电机的响应速度让多旋翼无人机非常稳定
解决了这些痼疾以后，多旋翼飞行器成为最容易操作的飞行器，它的操作和鼠标一样非常直观，甚至不用专门学习，上下左右前后直接推杆就可以。增稳的飞控系统可以实现“无忧虑操作”——碰到麻烦只需要松开双手，飞行器就自动悬停在空中等待下一步指示。现在买到商品化的多旋翼无人机后，即使完全没有飞行经验，也能在1-2个小时内就上手操作，这一点成为它迅速普及的最重要原因！而固定翼无人机、单旋翼直升机这些，没有几个月的训练根本不敢放手飞。
多旋翼无人机操作极其简单
甚至速度慢也不是问题了，无人机一般在视野内飞行，速度太快的话，对于新手就很不友好。一辆100公里时速的车在近距离是一眨眼就呼啸而过，小小的无人机如果也是这个速度，一眨眼可能就飞出视距之外了。况且这种无人机主要用于户外摄影，也用不着太快的速度，最快70公里的时速足够了。
难以进阶
多旋翼无人机在消费类市场大获成功的时候，在向更专业的行业应用市场和军用市场挺进时却屡遭挫败，原因无它，电池的能量密度实在太低太低了，低到什么地步呢？淘金客整理了一下：
1、某公司无人机的锂电池：180瓦时/公斤
2、松下原装18650电池，B型能量密度最高：最大280瓦时/公斤，注意是单节电池而非电池组
3、某公司送来的样品，淘金客亲测：450瓦时/公斤，特点是巨贵、充电非常慢。
4、一次电池，就是俗称干电池，据说美军的军用品，有达到500瓦时/公斤的，没实测过。
来看看对比组而传统内燃机用的燃油呢？汽油，折算下来有多少呢？12000瓦时/公斤！同样的重量，汽油能提供比最好的锂电池高40倍的能量。某公司常常被用来挂羽毛球炸弹的“精灵”无人机，新电池也就是25分钟左右的续航时间，折算成航程是多少呢？这个时间是用10米每秒也就是36公里的时速飞出来的，所以航程是：
25X36/60=15公里
注意：首先，这是单程，不是往返；其次，多旋翼无人机在悬停或者慢速时功率比较大，巡航速度平飞时功率反而较小，这意味着如果无人机不动，飞行时间会更短；还有，没有算载重，如果算上羽毛球炸弹和投放机构，时间还要少个接近10分钟，因为电机功率大了以后效率会降低……说了这么半天是什么意思呢？
用这种小无人机投羽毛球炸弹，如果还要搜索目标、瞄准，还想要飞机返航，操作员其实离着目标非常近，甚至差不多就在步枪射程之内。
挂上炸弹后，这么小的多旋翼无人机飞不了几分钟
有没有更好的呢？淘金客拿松下18650电池组成电池组，制作的多旋翼无人机尺寸重量都比较大，大约在13公斤左右，用的较大尺寸的螺旋桨——这样升力效率比前面的小“精灵”高出一倍多 ，最终飞出了100分钟以上的时间，60公里的航程。如果换成前面列出的第3种样品电池、或者是一次电池的话，应该有160分钟的时间，96公里的航程，没有实际装机测试，因为太贵了而充电速度太慢，实用价值并不大。
这个型号的电池能量密度稍微高一些
注意前面提到航程是单向的，把无人机当成导弹来用固然是可以，但
如果要考虑返程，活动半径就要减半了。而且，用无人机作战不是飞出去目标就在那儿等着，搜索、识别、瞄准还需要不少时间。而且无人机个头大了升力效率是提高了，可隐蔽性也变得很差……这些折扣一路打下来，实际上是飞不了多远的。如果，几乎所有多旋翼无人机的研发人员都把大部分精力放在了如何延长续航时间上。
大一些的多旋翼无人机续航时间会更长一些，但隐蔽性、便携性都不太好
结语
淘金客说：多旋翼飞行器靠操作直接易上手、结构简单、成本低廉等特点，在无人机领域成功逆袭。不过续航时间太短的毛病始终制约了它的用途，即使是民用，在海上、森林、湖泊……这些地方对续航时间有限的多旋翼无人机来说非常危险，特别是水面上。如何来解决这个问题呢？下一篇文章淘金客将和大家一起，专门聊聊目前在这方面的进展。
閱讀更多 史海淘金客 的文章
