一、全铰式旋翼系统 半刚性旋翼系统 刚性旋翼系统 有什么区别 能否用图讲解一下？

此文成稿已久，今夜翻到，即发之。“刚性旋翼到底是不是就是指‘刚硬的旋翼’呢？卡莫夫共轴旋翼和西科斯基共轴刚性旋翼有什么区别呢？”

我之前写过一篇关于旋翼（桨毂）构型的文章，从宏观的角度介绍了直升机旋翼的几种常见构型，包括全铰接式旋翼、半刚性旋翼和刚性旋翼等，虽获大多正向反馈，但也有读者朋友认为图文相互佐证不够充分，作为科普文对于入门级别的读者不甚友好。

由于旋翼构型本身的复杂性，一篇3000字的文章显然不能囊括方方面面的概念，在听取数百条读者朋友的反馈之后，我决定进一步细化介绍旋翼桨毂构型，尽量把相关的概念讲清楚，这一篇的主题从大家最感兴趣的刚性旋翼开始。

正确认识“刚性旋翼”

刚性旋翼作为一个中文名词，普遍被认为是从英文“Rigid Rotor”直接翻译而来，其中rigid直译就是“刚性”的意思。这种翻译本质上固然没有问题，但是对于对直升机系统了解甚少的读者而言，将其视为一种如同常见的螺旋桨一样的“刚度很大的旋翼”也是一种合乎情理的想象。但实际上，这个名字可以扩展为“（桨叶）刚性（连接在桨毂上的）旋翼”，同理，铰接式旋翼其实就叫“（桨叶）铰接式（连接在桨毂上的）旋翼”。为了保证科学命名规则的统一化而省略掉了括号中的词句，是造成刚性旋翼误解的主要原因。

把这些名词扩充完整之后，刚性旋翼和铰接式旋翼的对比也就更为直观了，两者最根本的区别是桨叶与桨毂之间的连接方式，而不是看桨叶到底“刚硬不刚硬”。

在直升机旋翼系统中，广义上的铰接式旋翼包括了“全铰接式旋翼”、“柔性铰旋翼”和“跷跷板式旋翼”（其中区别后续专门写铰接式旋翼详解），这些旋翼桨叶与桨毂之间有全套的铰链连接，包括：挥舞铰、摆振铰和变距铰，这些铰链可以使滚子轴承，也可以是弹性轴承，轴承不同，具体旋翼构型的名称就不同。

在三个铰之中，变距铰是用来改变桨距的，这个铰链在变距螺旋桨中也很常见，不算直升机的特色。挥舞铰和摆振铰就是直升机的特色了。相比于几乎始终在同一个平面旋转的螺旋桨，直升机的旋翼桨叶在旋转过程中，由于受力不均匀，会存在上下挥动（挥舞）和前后摆动（摆振）等结构运动。

加了铰链之后，这些结构运动的力矩传递到铰链就自动平衡掉了，不会再传递到桨毂上；那么没有这些铰链的刚性旋翼，因为桨叶和桨毂之间是刚性连接，这个力矩就会直接传递到桨毂上，这一点有好处也有坏处：好处就是结构简单、操纵响应更快、操纵功效更强，对应的就是直升机的维护性、机动性更好了；坏处就是桨毂需要有非常高的结构强度来承受这个力矩，这就会显著增加桨毂的整体重量，并可能产生较大的振动水平。

一般而言，直升机行业中会把没有挥舞铰和摆振铰，但仍有变距铰的旋翼称为“无铰式旋翼”；把三个铰链都没有的旋翼称为“无轴承旋翼”。而显然这两种旋翼都属于“刚性旋翼”的范畴。

刚性旋翼与刚硬的桨叶

从上文的逻辑中可以看出，无论桨叶刚硬不刚硬，都不影响它成为一副铰接式旋翼的一部分或者一副刚性旋翼的一部分。之所以部分大众认知中会把刚性旋翼和刚硬桨叶联系在一起，西科斯基的共轴刚性旋翼功不可没。

对于大多数直升机而言，材料刚度越高的桨叶，生产制造工艺的难度越大，桨叶的重量也会更大，所以并没有理由去为刚性旋翼搭配刚硬桨叶。

但是西科斯基的共轴刚性旋翼高速直升机不同，它的桨叶必须设计得很刚硬，才能避免高速飞行下可能的上下旋翼因挥舞而相互击打问题。从下面S-97的旋翼和卡-52旋翼对比可以看出，为了充分降低旋翼桨毂在高速飞行时候可能产生的巨大阻力，共轴刚性旋翼上下间距是非常小的，这就意味着，如果旋翼的挥舞程度比较大，就很容易打桨。

而随着直升机前飞速度增大，旋翼桨叶受力不均匀的程度也会增大，旋翼的挥舞程度也因而增大，为了确保在设计速度下，旋翼的挥舞程度能够被控制在一定范围内，桨叶必须要足够刚硬。

当然，在实际飞行中，大展弦比的细长桨叶即便“极其刚硬”，挥摆运动幅度也不会总是很小。这也就是为什么刚性旋翼搭配刚硬桨叶的西科斯基共轴高速直升机也出现过上下旋翼相互击打的事故。

可能也正是因为西科斯基的共轴刚性旋翼所展示出的极其刚硬的旋翼桨叶设计，才让许多人直观认为刚性旋翼=刚硬旋翼。不过刚性旋翼的历史要早得多，世界上最早的刚性旋翼直升机是洛克希德公司1959年开始研制的CL-475型直升机，这架直升机的诞生就是为了验证刚性旋翼是否可行而制造的。

虽然CL-475的刚性旋翼存在着诸如振动过大等一系列的问题，但是该机的研制工作为洛克希德积累了大量的刚性旋翼研制经验，这些经验促成了60年代初的洛克希德XH-51型直升机和随后的一代传奇AH-56A“夏延”直升机。这些直升机项目虽然最终都无疾而终，但是却大大推进了刚性旋翼技术的发展，我相信如果没有这些前置工作，西科斯基也很难在60年代末就开始推进XH-59A高速直升机的研制工作（共轴刚性旋翼的鼻祖）。

小型无人机的“旋翼”

本文的最后一部分简单聊一下咱们日常生活中最常见的“多旋翼无人机”。这些无人机的旋翼，如果按照我们前文所言的桨毂构型来划分的话，的确应该属于“刚性旋翼”的类别。但其实这些尺寸极小的旋翼，本质是“空气螺旋桨”的类别，而不是“直升机旋翼”，所以放在刚性旋翼中讨论并不妥。

有较真的读者朋友曾经跟我讨论过这个问题，并反问我：“既然不能归类到直升机旋翼，为什么不能直接叫多螺旋桨无人机（Multi-propeller），非要叫多旋翼无人机(Multi-rotor)呢？”

这其实是一个语义层面的问题。Rotor一词，在牛津大词典中的解释是“绕着中心点转动的机械部件”，你看下面这张图，全是Rotor（电机的转子）。

所以，Rotor在英文中是一个非常通用的概念，不管是电机、风扇、螺旋桨、旋翼，都可以是Rotor。但是，我们更习惯于把主要产生推拉力rotor的叫做螺旋桨，主要产生升力的rotor叫旋转机翼或者旋翼。这也就形成了中文语境下螺旋桨和旋翼之间的差别：当一个螺旋桨作为主要升力面的时候，我们就将其称为“旋翼”，但如果一定要对其构型分类的话，将其分类到“螺旋桨”仍然是最佳的选择。

二、新手如何自制四旋翼？

真羡慕考研完还有一段时间干自己想干的事情，我现在天天苦逼的实习写代码。

----------

大学里玩四轴一年左右，主要是为了参加电子设计竞赛，用STM32，瑞萨，MSP430都做过。

不过现在做个四轴应该挺简单的，只要题主花点点时间。

我就说说我的经历吧，不一定对，只供参考。

一.硬件

1.四轴硬件

既然题主你是玩过固定翼航模的，那买这些对你来说不是什么难事了。电机朗宇还好吧，普通一点的40元一个，好点的80元一个。电调就好盈。这里机架的话不推荐太大，太大调试的时候容易出危险，推荐330或者250就够了~

2.飞控板

飞控板的制作看你自己选，一般有3种方法，第一种就是洞洞板焊接，这种的话飞控板不美观，第二种就是用AD10画个电路板自己热转印然后用FeCl3腐蚀，一般学校里会有这种机器，这样需要注意的是布线需要宽一点，孔径大点，不然到时候线断了是极为蛋疼的。。。第三种是AD10画好版后拿到工厂去打板，这个是需要保证你画的没问题，电路经过检测才能好用，一般在100以下，推荐嘉立创。。。。

二.软件

1.飞控程序

其实一个四轴飞控可以分为几个部分：传感器信号采集，数据处理，PID控制输出。

这里推荐你用STM32，资源多，速度快，资料多。

a.信号采集：现在用的比较多的传感器芯片是MPU6050或者MPU9250，前者是6轴，后者是9轴，

你只需要一个IIC或者SPI协议将他们的数据从寄存器中读取出来。

b.姿态融合：

这里我们用的比较多的是德国人飞控中的PI互补滤波，（这个我不是很懂，算法直接抄的）

通过陀螺仪获取当前的飞行数据，在解算中采用四元数来表示旋转。

定义一个四元数

对四元数进行单位化，用来表示一个旋转

将两个四元数相乘

创造运算，将旋转转换为四元数

创造运算，用R(q)表示四元数q对应的矩阵

旋转的组合用四元数的乘法实现

将四元数表示转为欧拉角表示

题主有兴趣可以看看这方面的资料有关于欧拉角，四元数的资料。

c.PID控制

这里推荐用串级PID控制，比起单级的更稳，响应更快。

串级PID：内环角速度环（PID），外环角度环（P）

心得：先调内环P，再调I，再调D 内环调完四轴会稳在一个角度

外环加上后 四轴的响应和平衡都会比单级有明显的改善。

d.附加：如果题主想让四轴更好玩，可以加超声波传感器实现定高，（推荐KS103,精度高0---8M）

调试的时候也无非加个PID而已， 可以加入摄像头，我当时加了一个OV7620，实现四轴的巡黑线, ， 再难一点可以加入光流传感器，可以实现室内定位（具体算法可以参考APM飞控），光流我当时没成功，不过一个实验室的有个同学勉强实现了。

2.遥控：

a.你可以使用遥控器，对于你玩过固定翼航模来说，你只需实现与飞控连接即可，具体就是多几路定时器捕获通道，捕获固定的脉宽就可以。

b.手机APP，可以使用蓝牙串口与手机连接。距离比较短。

c.电脑上位机：推荐自己写上位机，如果不想写可以用匿名上位机，用的还不错。

如果自己写，可以用c#或者QT写。

我当时是用QT写的一个简单的上位机，可以实现键盘WSAD控制方向。

大楷就是这样，如果题主还有什么疑问可以一起交流，这也只是我一个人的观点。

祝玩的愉快！

---------------------------------------

2016.4.14 update 一下

传个四轴的视频，定高30CM左右，QT控制，哈哈

三、四旋翼 智能

四旋翼（Quadcopter）是一种能够垂直起降和悬停的飞行器，由四个螺旋桨提供动力和操控。随着技术的不断进步和智能飞行控制系统的发展，四旋翼无人机在各个领域得到广泛应用，从航拍摄影到农业植保，再到应急救援和科学研究，其作用越发凸显。本文将深入探讨现代四旋翼无人机的智能技术应用以及未来发展趋势。

智能无人机技术的发展与应用

随着人工智能、机器学习和传感器技术的蓬勃发展，智能无人机技术正日益走向成熟。现代四旋翼无人机配备了各种传感器和摄像头，能够实时感知环境、收集数据并作出相应的决策，实现自主飞行和智能操作。智能飞行控制系统的引入使得四旋翼无人机具备了更高的稳定性、安全性和可靠性，大大拓展了其应用范围。

智能四旋翼无人机在航拍摄影中的应用

智能四旋翼无人机在航拍摄影领域有着广泛的应用。其稳定的飞行性能和高清的摄像功能，使其成为专业摄影师和摄像师的得力助手。通过智能飞行控制系统，飞行器能够实现自动航线规划、跟踪目标、实时调整拍摄角度和高度，大大提高了航拍作品的质量和效率。同时，智能四旋翼无人机还可以通过图像识别和智能算法实现景物识别、智能跟焦等功能，为航拍摄影带来更多可能性。

智能四旋翼无人机在农业植保中的应用

农业是四旋翼无人机的另一个重要应用领域。智能四旋翼无人机配备了多光谱传感器和植保喷洒系统，能够实现对农田的智能巡视和精准施药，提高农业生产效率和质量。通过传感器采集农田数据，结合智能算法分析作物生长状况和病虫害情况，农民能够及时调整农业生产方案，实现精准化管理，降低成本，提高产量。

智能四旋翼无人机在应急救援中的应用

智能四旋翼无人机在应急救援领域发挥着重要作用。在灾难发生后，无人机可以迅速飞抵现场，实时搜寻救援对象并传回信息，指引救援人员准确找到被困者的位置。同时，四旋翼无人机还可以携带药品、食品和医疗器械，实现空中救援和物资运送，为救援工作提供有力支援。其智能飞行和自主操控的特点，使其成为应急救援的利器。

智能四旋翼无人机在科学研究中的应用

科学研究是智能四旋翼无人机的又一重要应用领域。无人机能够携带各类传感器和科学仪器，飞越高山、穿越河流、探测火山等危险区域，完成地面观测难以实现的任务。在生态环境监测、地质勘探、天文观测等领域，智能四旋翼无人机展现出了独特的优势和潜力，为科学研究提供了全新的视角和手段。

智能四旋翼无人机的未来发展趋势

随着智能无人机技术的不断创新和发展，智能四旋翼无人机的未来发展前景广阔。未来，智能四旋翼无人机将更加智能化、自主化和多样化，具备更强的感知能力、决策能力和行动能力。同时，智能四旋翼无人机还将与物联网、5G和大数据技术深度融合，实现智能交互、智能协同和智能服务，为人类社会带来更多便利和可能性。可以预见，智能四旋翼无人机将在航拍摄影、农业植保、应急救援、科学研究等领域继续发挥重要作用，成为未来智能化生活的重要组成部分。

四、旋翼飞机的旋翼的形状？

按桨叶与桨毂连接方式的不同，旋翼大体上分为铰接式、无铰式、半无铰式和无轴承式4种。 　　

①铰接式旋翼：桨叶通过水平铰、垂直铰与桨毂相连接。在一般情况下，桨叶除旋转运动外，还有绕水平铰的上下挥舞运动、绕垂直铰的前后摆动（摆振运动）及通过操纵轴向铰的变距运动（见自动倾斜器）。这种型式的旋翼桨叶根部的弯曲载荷较小，但结构复杂，维护不便。

②无铰式（固接式）旋翼：取消水平铰和垂直铰，但仍有轴向铰。桨叶在挥舞方向和摆振方向相对于桨毂是固支的。桨叶的挥舞运动和摆振运动表现为桨叶根部（或桨毂支臂）的弯曲变形。与铰接式相比，它的结构简单，但桨叶和桨毂的弯曲载荷较大。从70年代初开始，由于在旋翼上应用了疲劳强度较高的复合材料和钛合金，这种型式的旋翼增多。

③半无铰式（半固接式）旋翼：它的特点是只有两片桨叶，彼此连成整体，共用一个中心水平铰，没有垂直铰（好像一个跷跷板，常称跷跷板式旋翼），但仍有轴向铰。这种型式旋翼的结构也比较简单，但操纵性较差。

④无轴承式旋翼：这种型式的旋翼不仅没有水平铰和垂直铰，连轴向铰也被取消。桨叶的变距运动靠桨叶根部（或桨毂支臂）的扭转变形来实现。它的结构简单，但要求桨叶根部的材料既有很高的弯曲强度和刚度，又有很低的扭转刚度。70年代以来，在采用先进复合材料桨叶基础上，无轴承式旋翼的研究已有一定进展，但仍处于试验阶段。

五、四旋翼每个旋翼叫什么

四旋翼无人机由四个旋翼组成,每个旋翼都有不同的功能和性能。

第一个旋翼通常是主旋翼,也是最大的旋翼,负责控制无人机的方向和飞行高度。主旋翼通常由一个叶片和一个电机控制,可以通过改变电机转速来控制主旋翼的旋转方向。

第二个旋翼通常是次旋翼,负责控制无人机的俯仰和升降方向。次旋翼通常由一个叶片和一个电机控制,可以通过改变电机转速来控制次旋翼的旋转方向。

第三个旋翼通常是垂直旋翼,负责控制无人机的上下方向。垂直旋翼通常由一个叶片和一个电机控制,可以通过改变电机转速来控制垂直旋翼的旋转方向。

第四个旋翼通常是水平旋翼,负责控制无人机的左右方向。水平旋翼通常由一个叶片和一个电机控制,可以通过改变电机转速来控制水平旋翼的旋转方向。

每个旋翼都有其独特的功能和性能,可以控制无人机的方向、俯仰和升降,以及左右方向移动。通过组合不同的旋翼,可以构建出各种不同形状的无人机,满足不同的应用场景需求。

六、单旋翼和多旋翼优缺点？

多旋翼之间的操稳特性最为简单，由多旋翼本身的拉力差来进行力和力矩平衡，这样背景之下的飞控系统就能够以更加简单和低成本的方式来实现。

而单旋翼这样的布局，旋翼本身比较容易受到各种扰动的干扰，情况比较复杂，因此自主控制的难度就比较大

七、遥控飞机双旋翼单旋翼区别？

没有原理图，但是我可以告诉你几种遥控飞机的原理，首先是遥控直升机，分双旋翼和单旋翼，就是指一种是上下两个螺旋桨相反方向旋转，水平方向上抵消力矩，都产生竖直向上的力托起机身；单旋翼只有一个螺旋桨提供向上的力，但是由于单旋翼水平方向上力矩不能平衡，所以配有尾旋翼保持平衡。一般军事用途的战斗直升机都是单旋翼，部分俄军的ka系列使用双旋翼。小型的遥控直升机一般使用双旋翼，因为其控制与原理更简单，而大型的，或油动的，比较高级的航模一般是单旋翼，因为双旋翼构造复杂，而且这种水平的航模一般自备陀螺仪控制。 另外一种则是“飞机”形的。在水平方向上产生向后推力，使飞机获得水平方向上速度，两翼流过空气，由于形状所致，会产生上下压力差从而托起机翼，而机翼带动机身。遥控飞机一般还没有喷气式的，大部分为电动，少部分为油动，不过只是改变形式而已，还是要靠电机/内燃机产生动力

八、多旋翼的旋翼起什么作用？

多旋翼无人机根据旋翼的数目可以分为四旋翼、六旋翼、八旋翼等类型。 1．教育科研领域应用； 2．航拍领域应用； 3．军事领域应用； 4．警用安全领域应用； 5．农业领域应用；比如极飞植保无人机适用于比如水稻、小麦和果树等作物的农药喷洒。

九、无人机四旋翼、六旋翼和八旋翼怎么选择？

选择四旋翼，六旋翼，或者八旋翼主要看无人机的负荷。

因为无人机电机和电调的功率是有上限的，在限定的功率下要提高无人机的负载只能提高电机数量。

不同的无人机有对应的最大负载，按照最大负载选就可以了。

十、四旋翼和多旋翼的区别？

四旋翼就是四个旋律翼支付的意思

多旋翼就是多情旋律翼翼的意思