在城堡里学习无人机：多旋翼飞行器的故事

如果说每个专业领域都有自己的基本功，那么行业的发展历史一定是其中不可或缺的一部分。历史作为一个真实的“故事”，可以帮助我们理解物体在时域中的轨迹。作为一个现有的“事实”，它可以保证我们的认识更大程度地接近真实情况。

与其他飞行器相比，多旋翼飞行器的概念和实体出现得不算晚，与我们目前的认识相去甚远。一般来说，微电子技术飞速发展后，我们开始对航拍领域的多旋翼飞行器建立直观的认识，对定点悬停有着强烈的需求。这种做法很容易让我们在不知不觉中放大在某一段时间或某一领域形成的有限认识。

注：本文中的“多旋翼飞行器”特指《城堡里学习无人机（三）：多旋翼飞行器原理》一文中介绍的飞行器。其他类型的旋翼飞行器，例如同轴多旋翼直升机和自旋翼飞机仅作为比较示例出现。

1. 概念期（-1907）

如果我们认为被称为飞行器至少应该满足“飞行运动和可控姿态”的必要条件，那么在1903年之前，人类就已经处于飞行的“思考阶段”。在这个阶段，人们不断思考如何实现飞行，而有一个需求一直萦绕在思考者的脑海中：原地/垂直起降（VTOL）。

一般认为，旋翼机的概念最早是在列奥纳多·达·芬奇1408年的设计手稿中完整描述的。

2.探索时期（1907-1930）

之一架有记录的多旋翼飞机距离莱特兄弟于 1903 年成功试飞仅约 4 年。来自法国的兄弟在教授的帮助下于 1907 年 9 月 29 日展示了之一架旋翼飞机。

这架飞机被命名为“-NO.I”。从目前来看，还远远谈不上先进。油门量作为唯一的控制量，仅仅为驾驶员提供了一定的控制自由度。其意义在于：首次采用旋翼以垂直起降的方式控制飞机。人类被带离地面。

首次演示时，飞机飞行高度约为1.52m。在随后的改进中，转子直径加大，但发动机功率也不得不提高到41KW。遗憾的是，这架飞机在1908-1909年间的飞行过程中多次发生事故，因此没有后续型号出现。

虽然——已经告一段落，但它向世人展示了一种设计能够满足VTOL需求的飞机的方法，这对许多领域，尤其是军事领域具有强大的诱惑力。该直升机的变桨距结构和铰接方法非常复杂，在当时无法有效实施（下面会提到之一架大型载人直升机R-4于1942年成功飞行）。这时扑翼式飞机资料，美军将目光瞄准了多旋翼机。

德，俄罗斯人，曾是工程师、商人、飞机设计师（当时的新头衔），因故逃往美国，受美军雇佣设计实验性旋翼机，并于 1922 年 12 月四轴飞行器于18日进行了测试。

当时，既没有风洞试验条件，也没有模型试验机会来设计飞机，所以试飞活动需要惊人的勇气和魄力（或许还有对这个行业的热爱）。该机的首次测试由少校操作，飞机能够成功悬停在约1.8m的高度。经过数百次实验，DE最多可搭载4人，悬停高度9.1m，总飞行时间2分45秒。然后~~~这个项目被军方取消了，因为太复杂，系统严重不可靠。此外，军方还指出德脾气不好，不适合合作（这位俄罗斯大叔曾专门写过一本书《回到牛顿》痛斥爱因斯坦，并宣称整个学术界“不明白他们是什么”）有趣的是，老艾在1935年6月15日的一次公开演讲中提出了这一点（反驳）。不幸的是，这架飞机也被下令销毁，只有控制杆被保留在史密森国家航空航天博物馆的史蒂文·乌德沃哈齐分馆中。

值得注意的是，虽然德飞机在历史上的地位不符合人们对“成功”的定义，但这个被称为“飞行章鱼”的大家伙，比美国真正的直升机早了20年。多年来，它最终被摧毁，但它也被爱迪生称为“之一架成功的直升机”。其设计和实验是在极其有限的条件下进行的。

大约在同一时间，法国飞机设计师É成功地实现了一系列被称为1921的飞机，并于1921年2月18日（也有人说是1920年）成功进行了测试。随后两年进行了大量改进，并于1923年4月14日和15日分别完成了360m和525m的直飞飞行，打破了当时旋翼机的飞行记录。 1924年5月4日，他通过一次历时7分40秒、总航程约1公里的闭路飞行，赢得了总计约9万法郎的奖励。

需要注意的是，有资料将这一记录描述为：实现“垂直1公里”飞行。考虑到当时的实际工程能力和飞机研制情况，这种说法应该是描述错误，欢迎读者进一步求证。

与de的多才多艺类似，É不仅在飞行器领域颇有建树，还是之一台频闪仪的设计者。此外，他还是生物学或仿生学方面的专家，对蜻蜓的扑翼模型进行了广泛的研究。，并在巴黎法兰西学院任教 30 多年。

3.反思（1956-1958）

此后二十年，世界各地战事不断。大家都投入资金生产固定翼飞机，目的是互相开火。大多数国家停止支持飞机的研发，特别是仍处于验证期的飞机。。直到二战结束后，美军才重新启动了多旋翼飞行器的研究项目。

1931年试飞成功的PCA-2自旋翼机，大大缩短了起飞所需的距离。 1942年1月14日试飞成功的R-4是之一个大型直升机系统，彻底解决了垂直起降飞机的载人问题。需要。多旋翼的定位开始变得尴尬。

1956年至1958年这段时间是大型多旋翼飞机最后一次进入人们的视野。上图为1956年3月试飞成功的A型飞机（简称CMAQ），该机采用两台电机控制四个旋翼的转速来实现姿态控制，飞行速度可达278km/h负载4.9吨。不久后，该项目因“缺乏商业和军事价值”而被军方取消。

另一种飞机是VZ-7，于1958年成功首飞，虽然只比CMAQ晚了两年，但照片质量和飞机外观都取得了长足进步。 VZ-7已经可以通过改变旋翼速度来控制飞机的姿态。据称，该机控制相对简单，并已顺利完成所有测试。但未能满足军用飞机指标要求。

4、小型商用无人机的爆炸式使用（2000年至今）

从2000年至今，除了少数DIY爱好者或个人企业产品概念外，多旋翼飞行器普遍应用于小型无人机系统。将它们归入无人机系统更为合适。读者可以移步《城堡里》阅读文章《学习无人机：无人机的故事》。

多旋翼飞行器的故事到这里就结束了。我们注意到，飞机的发展与需求的变化以及配套软硬件的进步密切相关。早期，基于垂直起降的基本需求，人们开始探索利用多旋翼结构来设计载人飞行器，这暴露了多旋翼飞行器至今仍然存在的诸多缺点，如系统与系统之间的巨大矛盾等。设计中的功率和能耗（如-）、能效相对较低（如DE）、飞行性能较低（如VZ-7）、对动力部分的响应速度和响应质量依赖性比较强（如那个时代的飞行器设计工程师在极其简陋的条件下探索了多旋翼飞行器的总体设计结构，也经历了很多坑和危险。随着硬件逐渐小型化、低成本化、高性能化，以及多领域对飞行器“定点悬停”（姿态稳定）需求的激增，多旋翼飞行器在小型无人机系统中再次大放异彩。但是，我们也不应该忽视多旋翼飞行器本身的发展历史中所暴露出来的优缺点，因为这些特性是飞行器结构本身固有的特性，需要结合实际无人机中的任务需求来仔细考虑。系统或飞机产品设计。。

参考：

【1】 *** 词条

【2】四旋翼机器人轨迹跟踪控制方法建模与仿真研究

【3】小型四旋翼低空无人机综合设计

【4】小型旋翼无人机飞行控制系统设计