四軸飛行器
四旋翼飛行器（quadrotor aircraft），又稱四軸直升機（quadcopter）、四轉子（quad）或無人駕駛飛機(Drone)，是用四個旋翼產生升力的多軸飛行器，是直升機的一種。和固定翼飛機不同，它通過旋翼提供的推力使飛機垂直起降、懸停、進行各種飛行。它的四個旋翼大小相同，分佈位置接近對稱，其中兩個旋翼與另兩個轉動方向相反。對於簡單的設計來說，僅僅通過調整不同旋翼之間的相對速度來調節不同位置的推力，並克服每個旋翼之間的反扭力矩，就可以控制飛機維持姿態、或完成平飛、轉向、翻滾、倒飛和側飛等各種機動飛行。這一點和常見的只有一個主旋翼的單旋翼直升機不同，單旋翼直升機的尾槳只起到抵消主旋翼產生的反扭矩，控制飛機偏航運動的功能。
早期飛機設計中，四軸飛行器被用來解決旋翼航空器的扭矩問題。主副旋翼的設計也可以解決扭矩問題，但副旋翼不能提供升力，效率低。且使用尾槳的設計在結構上比使用多旋翼要複雜很多。因此四軸飛行器是最早的一批比空氣重的垂直起降飛行器。[1]但是早期的型號性能很差，難於操控和大型化。[2]尤其是油門的控制難以做到精確和迅速。更加上傳統的直升機構型在巡航時的效率要優於四軸飛行器。故此在直升機的技術問題得以解決後，四軸飛行器迅速從飛行器設計方式中銷聲匿跡了。
近來四軸飛行器在無人機領域獲得了新生。隨着智能手機的發展，帶動電子陀螺儀、GPS、電傳飛行控制系統的發展，並以及油門響應速度迅速的電動機作為動力系統，克服了四軸飛行器的主要缺點。四軸飛行器飛行穩定，操控靈活，可以在戶內和戶外使用。[3][4]和直升機相比，它有許多優點：它的旋翼角度固定，結構簡單。[5]每個旋翼的葉片比較短，葉片末端的線速度慢，發生碰撞時衝擊力小，不容易損壞，對人也更安全。有些小型四軸飛行器的旋翼有外框，避免碰撞。[6]
因為四軸飛行器體積小、重量輕，攜帶方便，能輕易進入人不易進入的各種惡劣環境。常用來製作模型，也用來執行航拍電影取景、實時監控、地形勘探等飛行任務。[7][8]
流行文化
在2009年波里活電影《打死不離3兄弟》中，就有描述當時剛開始萌芽的多軸飛行器，其中男主角從垃圾桶撿回來後拍到學生慘劇的那幕，便是四軸飛行器的一種。
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參考資料
- ^ Leishman, J.G. Principles of Helicopter Aerodynamics. New York, NY: Cambridge University Press. 2000.
- ^ Anderson, S.B. Historical Overview of V/STOL Aircraft Technology (PDF). NASA Technical Memorandum 81280. March [2013-05-16]. （原始內容存檔 (PDF)於2011-06-05）.
- ^ Hoffmann, G.M.; Rajnarayan, D.G., Waslander, S.L., Dostal, D., Jang, J.S., and Tomlin, C.J. The Stanford Testbed of Autonomous Rotorcraft for Multi Agent Control (STARMAC) (PDF). In the Proceedings of the 23rd Digital Avionics System Conference. Salt Lake City, UT: 12.E.4/1–10. November 2004 [2013-05-16]. （原始內容 (PDF)存檔於2007-06-26）.
- ^ Büchi, Roland. Fascination Quadrocopter. ISBN 978-3-8423-6731-9. 2011.
- ^ Pounds, P.; Mahony, R., Corke, P. Modelling and Control of a Quad-Rotor Robot (PDF). In the Proceedings of the Australasian Conference on Robotics and Automation. Auckland, New Zealand. December 2006 [2013-05-16]. （原始內容存檔 (PDF)於2013-05-12）.
- ^ Hoffman, G.; Huang, H., Waslander, S.L., Tomlin, C.J. Quadrotor Helicopter Flight Dynamics and Control: Theory and Experiment (PDF). In the Conference of the American Institute of Aeronautics and Astronautics. Hilton Head, South Carolina. 20–23 August 2007 [2013年5月16日]. （原始內容 (PDF)存檔於2010年8月13日）.
- ^ Arduino-based quadcopter. [2013-05-16]. （原始內容存檔於2011-12-11）.
- ^ UAVP-NG based quadcopter. [2013-05-16]. （原始內容存檔於2013-05-15）.