文能搞航拍，武能炸坦克，下田撒农药，上山来运货。无人机早已不只是当年极客手中的酷炫玩具，现在它们已经家喻户晓，也走入了大家的生活。甚至在 9·3 阅兵的方阵中，也能见到它们的身影。一说起无人机，我们最先想起的，往往是一个十字形的机身，四个螺旋桨的形象。但准确地说它其实是“多旋翼无人机”的一种，是狭义上的“无人机”。广义上，无人机也叫无人航空载具，重点不是外形，而是不需要驾驶员登机驾驶。比如这次 9·3 阅兵中无人机方队里的无人机，就是各种各样的，平时我们见到的多轴飞行器，虽然 4 个螺旋桨的居多，但也能见到 6 个甚至更多螺旋桨的型号。那么无人机为什么要有这么多形状呢？让我们从基本原理来聊聊（简练起见，下文中的“无人机”如无特别说明，均指多旋翼无人机）。空中无人作战方队通过天安门广场。 新华社记者 孙瑞博 摄我们先来看看无人机飞行原理。螺旋桨是它们的动力来源，我们可以把它看成是一个能产生升力的大圆盘，要想升力更大，有两种方式：增大“圆盘”的面积，增大桨叶的转速。增大“圆盘”的面积，可以增大桨叶半径，或者设置多组螺旋桨来实现。不过，这样一来就让“增大桨叶转速”变得更困难了，因为这个“圆盘”不仅产生升力，同时空气也对每片螺旋桨具有阻力，螺旋桨越大、越多、虽然产生的升力大了，但是上升或前进时候的阻力也会大大增加。对于目前主要以电力驱动的无人机来说，就要付出更多的电力消耗，使用更大的电池、更粗的动力线材，这对于每克重量都要计较的飞行器来说，并不一定是好事。螺旋桨的数量要视功能而定。仅就飞行器本身的特点来说，简单总结一下就是，螺旋桨少则更轻、更快、更经济，螺旋桨多则更重、更稳，更昂贵。我们看到战场上追打坦克的无人机，通常都是四个螺旋桨，每个螺旋桨两片桨叶。这也是最常见的无人机布局，它的优势就是结构简单、速度快，响应灵敏。因为这些无人机不需要载太多的东西，一枚炸弹足够了。要是螺旋桨多了阻力大，动作就没那么灵活了。同样，我们常见的娱乐用的穿越机、航拍用的无人机，通常也是四个螺旋桨，它能够满足日常的大多数需求，这样成本也合适。而执行载重任务的无人机，比如农业植保无人机，需要带几十公斤的载荷起飞，不需要非常灵活操纵，以稳定、可靠和载重量为最重要的指标，设计师就会在保证动力电池和载重平衡的前提下，安排更多的螺旋桨，比如六个、八个螺旋桨，甚至在每个机臂的末端上下各安排一个电机和螺旋桨（共轴双桨布局），这样螺旋桨就更多了。总之，多旋翼无人机的螺旋桨究竟是几个，还要看飞行器的应用场景，四旋翼最普遍，结构简单、控制灵活，适合航拍、娱乐、教学使用，六旋翼载重更大，风中更稳，适合专业摄影、农业植保，八旋翼甚至更多旋翼重载更强、冗余度更高。无人机螺旋桨的多少，还跟控制的复杂程度有关，多旋翼无人机是靠几个螺旋桨产生升力的不平衡来控制前后左右姿态变化的，四旋翼控制比较简单，前面两个螺旋桨转速变慢，后面两个螺旋桨转速变快，整个飞机就会向前倾斜，倾斜角度越大，前飞速度就越快。想要控制飞机向后飞行，就让前面两个螺旋桨转速变快，后面两个螺旋桨转速变慢。左右倾斜也是同样的道理。如果你仔细观察过无人机的螺旋桨，你就会发现无人机相对的两个螺旋桨转向是一样的，而相邻的两个螺旋桨转向刚好相反，这样的安排是因为每个螺旋桨转动的时候，会对机身产生一个与自身转向相反的反扭力，如果成对相反转动，刚好可以把反扭力互相抵消掉。所以我们看到大多数无人机都是四个、六个、八个、十二个螺旋桨，很少看到三个、五个、七个的。四旋翼无人机刚好是最简单有效的无人机布局了。不过无人机在飞行中意外总会发生，如果其中一个螺旋桨断了或者一个电机坏了，四旋翼无人机的反扭力平衡就被打破了，飞机就会不断原地打转无法控制，这时候更多螺旋桨的优势就体现出来了。比如六旋翼、八旋翼无人机通常的做法是如果一个螺旋桨或电机坏掉时，飞控系统通过实时调整与故障电机‘同转向’的对称电机转速抵消反扭力失衡，同时提高所有正常电机的整体转速补偿故障电机损失的升力维持姿态稳定，最终实现带故障安全降落。比如，如果要搭载昂贵的高端电影摄影机、专业测绘仪等，用八旋翼的无人机飞就更放心。当然，也不能为了更可靠的冗余度无限增加螺旋桨，前面说过更多的螺旋桨带来的动力电池系统重量增加，效率降低，因此还是要看无人机的应用场景。前面我们说的这些都是旋翼无人机，有着多个螺旋桨向下高速吹风直接产生升力，而在 9.3 阅兵中，我们看到的各式各样的无人机，除了前面说的多旋翼的，还有固定翼无人机和无人直升机，它们的造型和我们平时熟悉的飞机、直升机形象几乎一样，空气动力学等方面也相仿，只是体积更小、隐身性能更佳。空中无人作战方队接受检阅。 新华社记者 姚大伟 摄其中有些型号的无人机具有高空高速的优势，可以成为有人战斗机的“忠诚僚机”，没有螺旋桨，人家是喷气的哦。空中无人作战方队通过天安门广场。 新华社记者 胡虎虎 摄无人化作为当前装备发展的重要趋势，正深刻影响着作战形态，而各类无人机，也正成为新质战斗力。不仅如此，在民用领域，无人机技术的应用也早已进入物流配送、农业生产、灾害救援等重要场景，正在成为重要的新质生产力。就让我们拭目以待，看看无人机将来能带给我们哪些惊喜。
