最近看到一则让我忍俊不禁的新闻,叙利亚反对派捕获政府军的”无人机”,我定睛一看四旋翼,还是made in China, 四旋翼航模都已经开始被用上战场了,真是大开眼界,虽然新闻标题有点言过其实,但也从一个侧面反映目前多旋翼飞行器的快速发展,多旋翼飞行器(Multirotor)在短短几年时间内迅速成熟起来,厂商,产品数量和市场规模都大幅增长。那么问题来了,为什么多旋翼飞行器会突然火起来?
一、多旋翼飞行器性能优良,多样化
因为多旋翼飞行器的构型非常多,有对称的三轴,四轴,六轴,八轴。也有酷酷的非对称构型。我想很少有哪一类飞行器能够像多旋翼飞行器这样拥有花样繁多的构型。构型越多代表着其动力学特性也各具特色。所以三轴,四轴的机动性很好,能够做出3D特技,是航模玩家的最爱。而六轴,八轴飞行器则稳定性更好,是航空摄影摄像的良好平台。还有其他的特殊构型也深受极客们的喜爱。
那么为什么多旋翼飞行器的构型会具有如此大的灵活性呢?在我看来,应该有以下两点原因:
(1)动力源多点分布
动力装置采用了无刷电机,电机直接连接桨叶,只要保证几个动力源提供的合力能够抵消重力,并能够通过改变每个动力的大小从而改变合力方向就可以进行机动了。这样将升力来源变为离散的几个点,相比于固定翼飞行器和直升机,升力来源多样化,而且升力源同时也是作动器,完全打破了固定翼飞机和直升机常规的框架。
(2)动力装置简单可靠
问题核心还是动力装置——无刷电机和桨叶。直升机的最大特色就是采用主旋翼,其为直升机的升力和推动力的源泉,通过改变主旋翼桨叶的迎角和挥舞运动来实现升力大小和方向的变化。任何事物都是有利必有弊的,直升机只用的一个主旋翼就把升力和推进力两项任务都完成了,那么就造成了其复杂的特性,进而使旋翼系统(桨叶,桨毂,自动倾斜器等)的加工成为直升机的一大难题。另外,直升机都是采用航空发动机,只有一些很小的航模直升机采用电动,航空发动机和主旋翼,尾桨需要传动系统,这样又增加了飞行器的结构复杂性。
反观多旋翼飞行器,电池+无刷电机+刚性桨叶+电调+导线,这就是动力系统的全部内容,结构上大为简化,结构上的限制小了,自然能做出不同的构型。
无刷电机相对与发动机要简单的多,而且更容易进行速度控制。多旋翼飞行器的桨叶是小尺寸的刚性桨,相对于旋翼也简单很多。最为重要的是多旋翼飞行器通过改变无刷电机转速实现升力和作动力,而不像直升机采用恒定转速改变桨叶迎角和变距的方式。显然多旋翼的操纵方法更为简单。
二、技术难点已经被突破
既然那么简单,那么为什么多旋翼飞行器以前没有发展起来?还是那句话,任何事物有利就有弊,多旋翼飞行器动力源的多点分布的特点是它的特色,也使其稳定性和操纵性变差,没有飞行控制器很难把多轴飞好。正是对飞行控制器的依赖造成了多轴飞行器停留在实验室,不能走向市场。
记得第一次注意到多旋翼飞行器,是在电影《三傻宝大闹宝莱坞》,一个大学生因为四旋翼飞不起来而自杀了,现在回头看一遍,那位同学有点冤,因为多旋翼飞行器已经变成了成熟的技术,不再是极为困难的事情。
随着微型传感器(加速度计,电子陀螺,磁航向计等)和嵌入式处理器技术的快速发展,硬件成本的下降和性能的提升,使多轴飞行器技术到了突破点,尤其是以multiwii、APM、PIX4,这些开源飞控项目的活跃,极大推进了技术的发展。到2012年左右,国际上普遍认为四轴飞行器的控制已经不再是学术研究问题,而是成熟的技术。学术研究的方向也转向了基于四轴飞行器做智能导航或者多飞行器的编队控制。当多轴飞行器在高校实验室折腾了这么久终于有了走向的市场的机会。
三、创新性产品培育市场
在iPhone问世之前很少会有人意识到智能手机的市场会有多大,记得我那时还在用着诺基亚的小屏手机,还坚定的认为打电话,发短信就是手机的全部。然而苹果手机重新定义了手机,也培育了智能手机市场。同样让我开始意识到多旋翼飞行器的市场正式形成的创新性产品是大疆创新的 phantom 这个白色的小四轴。

很多事物都有相似的发展轨迹,大疆的四轴和iphone走红颇有几分相似之处。刚开始的时候也许没有人会把玩具一样同时又那么偏门的四轴飞行器放在眼里,大疆的产品不是赢在技术,而是对用户需求的引领和市场营销。iphone之所以成功,最为重要的就是极为人性化的操作系统ios,另外就是巧妙的市场营销路线。Phantom也有这样的特质,就是更用户提供实用又有趣的操作体验,另外他们主攻欧美市场,他们首先就是给一些名人赠送,通过名人的传播进行营销。就连大疆的产品主色调都是和苹果一样的白色。不知道大疆是否在刻意学习苹果公司。无论如何,通过创新性的产品,多轴飞行器的市场,准确的说是欧美市场被培育起来了,紧跟着就是国内众多厂商蜂起加入。多旋翼飞行器的应用范围也随之越来越广。