動手打造專屬四旋翼

多旋翼直升機簡史

多旋翼直升機中最為大家所熟知的，是以四個螺旋槳產升上升力的四旋翼（quadrotor或quadcopter）。它真的是臺直升機，因為其升力是由較窄的水平轉動旋翼產生。四旋翼的設計最早可追溯至1920年代的「De Bothezat」（如圖1-1），這是一臺能載人飛行的直升機，該原型當時是由美國陸軍委託研發製造。

1922年10月，這臺四旋翼直升機進行了第一次試飛，地點在現今的俄亥俄州戴頓的賴特．派特森空軍基地。事實上，這臺直升機進行第一次試飛時有六個螺旋槳，後來有兩個螺旋槳被認為不必要而移除掉。De Bothezat在幾年間試飛了超過上百次，但從來沒有飛離地超過五公尺，以及做出橫向的移動。這是因為對駕駛者來說，僅僅維持飛行高度就是一種具複雜性的高難度挑戰，所以更別說想試著橫向移動了。多旋翼直升機的發展因為橫向移動控制而受到了阻礙，直到能大幅減低駕駛員工作量的電腦輔助計算飛行控制系統的發明和運用後，情況才有所改變。美國陸軍在1930年代早期失去了對「De Bothezat」的興趣而讓專案壽終正寢，此專案總共花費超過20萬美元。

從1930年代早期到1940年代中期，直升機的發展漸趨停滯，至少在美國本土是這樣。但隨著二次世界大戰結束，直升機的開發工作又重新啟動，但多著重在傳統的設計，如採用主軸結合尾軸，或同轉主軸子這類的方式。無疑地，初期投資直升機的研發是著眼於它的可裝載力，四旋翼預期帶來的好處則遠遠大於它的複雜度與令人詬病的飛行特點。

美國陸軍終於研發出一款能派上用場的重載荷、縱列雙旋翼直升機——「Cinhook」，編號CH-47。盡管這款直升機是在1960年代設計的，但為適應現今的環境經過多次改良與升級，目前仍是許多國家的現役機種。

美國國防部也有贊助「Osprey（型號V-22）」的研發與製造，這是一臺混合動力、雙傾轉旋翼飛機，它可以像雙旋翼直升機一樣起降，但在巡航模式時，它的雙翼可轉到水平位置，進行像傳統飛機一樣地飛行。圖1.2是V-22裡駕駛艙的照片，可看到所有駕駛員可使用的驚奇科技。

Chinook與Osprey都利用了電腦輔助飛行控制系統來大幅降低駕駛員的工作負荷，讓飛機能夠實際安全地飛行，否則連起飛都幾乎是不可能的事。

真正的四旋翼的發展變得遲緩，直到1990年代初期，當在日本有一款體積小、以無線遙控系統操作的四旋翼，名為Gyro Scauer1，成功研發並在市場上銷售後，情況才有所改善。在我研究所有出現在世面上實用的四旋翼中，Gyro Scaucer1是我能找到最早的實例。它利用機械式陀螺儀來保持平穩，以及使用小型電動馬達驅動螺旋槳。不幸地是，螺旋槳是由保麗龍製成，它碰到許多東西時都很容易解體，包括亮色布料的窗簾。Gyro Saucer未從日本出口過，充飽電後只能提供約三分鐘的操作，這使得它所使用的系統無法得知。圖1-3是一張Gyro Scaucer1早期的照片。

第一個現代、廣泛使用的多旋翼飛行系統是Draganflyer——由Draganflyer創意公司於2000年代初期設計並製造。Draganfly以近代更複雜、可加裝更多功能的機體取代早期的設計。圖1-4是Draganflyer型號X-8的四旋翼機，這是一臺相當出色且平穩的飛行平臺。

X-8四旋翼每個支架上都有一個馬達，每個馬達上也都裝有一對螺旋槳，因此總共有8個螺旋槳在它的機身上。在撰寫這本書時，這種四旋翼機種只是眾多可購買機型的其中之一。

大部分小型R/C多旋翼直升機的馬達數量是四個，但也有些型號的馬達數量是三個，或是多達八個馬達，甚至有些特例有更多的馬達。有一家名為e-volo的新創公司，計劃打造出一架擁有十八個螺旋槳可載人的多旋翼直升機——Volocopter。

本書只專注於小型R/C四旋翼的組裝與飛行，因為這是目前可選購的多旋翼直升機中，最具代表性，價格也最合理的。

多旋翼直升機簡史

多旋翼直升機中最為大家所熟知的，是以四個螺旋槳產升上升力的四旋翼（quadrotor或quadcopter）。它真的是臺直升機，因為其升力是由較窄的水平轉動旋翼產生。四旋翼的設計最早可追溯至1920年代的「De Bothezat」（如圖1-1），這是一臺能載人飛行的直升機，該原型當時是由美國陸軍委託研發製造。

1922年10月，這臺四旋翼直升機進行了第一次試飛，地點在現今的俄亥俄州戴頓的賴特．派特森空軍基地。事實上，這臺直升機進行第一次試飛時有六個螺旋槳，後來有兩個螺旋槳被認為不必要而移除掉。De Bothezat在幾年間試飛了超...

前言
第一章　四旋翼簡介
第二章　四旋翼飛行動力學
第三章　打造Elev-8
第四章　編寫Parallax Propeller晶片程式
第五章　四旋翼的推進方式
第六章　無線電控制系統與遙測
第七章　伺服機與擴充伺服機控制系統
第八章　GPS與即時狀況顯示
第九章　機載影像系統
第十章　訓練教學與性能檢查
第十一章 改進方案與後續計劃

前言
第一章　四旋翼簡介
第二章　四旋翼飛行動力學
第三章　打造Elev-8
第四章　編寫Parallax Propeller晶片程式
第五章　四旋翼的推進方式
第六章　無線電控制系統與遙測
第七章　伺服機與擴充伺服機控制系統
第八章　GPS與即時狀況顯示
第九章　機載影像系統
第十章　訓練教學與性能檢查
第十一章 改進方案與後續計劃