经典的四旋翼evtol

 

 

由Overair开发的Butterfly eVTOL飞机由四个大小相等的倾转螺旋桨组成，以四旋翼的构型放置在串联翼飞机上。和eVTOL行业的同行相比，Butterfly的推进装置更少。例如，Joby的S4设计有6个螺旋桨，Archer的Midnight整机有12个螺旋桨，Vertical Aerospace的VX4有8个螺旋桨。

在为eVTOL行业开发Butterfly 之前，垂直飞行行业已经提出了其他几种四倾转旋翼的飞机，其中一些已经被生产和飞行。柯蒂斯-莱特X-19飞机是在1957-1966年间开发的，配备了四个13英尺长的螺旋桨，由两个涡轴发动机提供动力。1998年，贝尔直升机提出了基于V-22外形参数的四倾转旋翼（QTR）平台。最近，韩国航空航天研究所（KARI）也开发了一种四倾转螺旋桨（QTP）无人机（UAV）。然而，这些飞机都没有公开描述或展示在螺旋桨/旋翼失效的情况下是否具备飞行的能力。

 

因此，如果希望四旋翼也有春天，就必须解决单旋翼失效的安全问题。我们继续看Butterfly是如何基于动力学和控制设计，从而实现足够的稳定性、控制和相关的飞行品质，以在悬停时单个螺旋桨的推力完全损失的情况下继续安全飞行。

 

四倾转旋翼的控制取决于螺旋桨位置和旋转方向的配置。Butterfly 的左右螺旋桨与飞机中心线相距距离b对称。从上方看，左螺旋桨顺时针旋转，从上方看右螺旋桨逆时针旋转。在前螺旋桨和后螺旋桨之间选择相同的旋转方向，以通过旋翼定相使巡航中后螺旋桨上的叶片涡流摄入最小化。X-19飞机不同轴之间的耦合对飞机性能和飞行品质起着重要作用。类似地，耦合效应对Butterfly也起着重要作用，但这些效应与X-19不同，因为螺旋桨的旋转方向和控制配置不相同。

 

悬停时作用在飞机上的力和力矩

 

所有螺旋桨运行时悬停时的控制方法（APO）

 

单螺旋桨不工作悬停时的控制方法（OPI）

 

在APO中，选择运行的RPM和总距，使所有四个螺旋桨都处于高效区域，并将功耗降至最低。此外，叶片负载需要与最大叶片负载极限有足够的裕度，以便在APO的RPM下有足够的推力能力用于控制差动推力输入。在OPI中，RPM的选择使两台运行的升力单元都能在有效的叶片负载下运行，并将所需的功率降至最低。注意，在较高RPM下运行通常是不希望的，因为相同推力所需的功率增加、声学特征和振动载荷也会增加。然而，对于OPI故障情况，这些是可以被被接受的。

 

问题来了，为什么Butterfly可以在单旋翼失效保持动力和操控品质，原因在于其对IBC（独立桨距控制）技术的采纳，才能确保四旋翼串联翼飞机在正常和极端故障情况下都有足够的悬停控制权限。