常见飞行器通常被分为固定翼、直升机和多旋翼（四旋翼最为主流）。在2010年之前，固定翼和直升机无论在航拍还是航模运动领域，基本上占有绝对主流的地位。然而，在之后的几年中，因优良的操控性能，多旋翼迅速成为航拍和航模运动领域的新星，但这仍然需要专业人员调试或装配飞机。2012年底，中国大疆公司推出四旋翼一体机——小精灵Phantom。

因该产品极大地降低了航拍的难度和成本，获得了广大的消费群体，成为迄今为止最热销的产品。之后短短两年间，围绕着多旋翼飞行器相关创意、技术、产品、应用和投资等新闻层出不穷。目前，多旋翼已经成为微小型无人机或航模的主流。比如在2015年刚闭幕的中国国际模型博览会和农业展览会上，我们随处可见多旋翼的身影。随着大疆产品的走热、各种相关技术的不断进步、开源飞控社区的推动、专业人才的不断加入，以及资本的投入等等因素，多旋翼技术得到迅猛地发展。

对于目前多旋翼产品，一般分半自主控制方式和全自主控制方式。半自主控制方式是指自动驾驶仪的控制算法能够保持多旋翼飞行器的姿态稳定（或定点）等，但飞行器还是需要通过人员遥控操纵。在这种控制方式下，多旋翼属于航模。全自主控制方式是指自动驾驶仪的控制算法能够完成多旋翼飞行器航路点到航路点的位置控制以及自动起降等。在这种控制方式下，多旋翼属于无人机，而地面人员此时进行任务级的规划。作为无人机，多旋翼飞行器可以在无人驾驶的条件下完成复杂空中飞行任务和搭载各种负载任务，可以被看作是“空中机器人”。

1、缘何青睐多旋翼

首先，我们以目前电动的固定翼、直升机和多旋翼为例比较它们的用户体验：

在操控性方面，多旋翼的操控是最简单的。

它不需要跑道便可以垂直起降，起飞后可在空中悬停。它的操控原理简单，操控器四个遥感操作对应飞行器的前后、左右、上下和偏航方向的运动。在自动驾驶仪方面，多旋翼自驾仪控制方法简单，控制器参数调节也很简单。相对而言，学习固定翼和直升机的飞行不是简单的事情。固定翼飞行场地要求开阔，而直升机飞行过程中会产生通道间耦合，自驾仪控制器设计困难，控制器调节也很困难。

在可靠性方面，多旋翼也是表现最出色的。

若仅考虑机械的可靠性，多旋翼没有活动部件，它的可靠性基本上取决于无刷电机的可靠性，因此可靠性较高。相比较而言，固定翼和直升机有活动的机械连接部件，飞行过程中会产生磨损，导致可靠性下降。而且多旋翼能够悬停，飞行范围受控，相对固定翼更安全。

在勤务性方面，多旋翼的勤务性是最高的。

因其结构简单，若电机、电子调速器、电池、桨和机架损坏，很容易替换。而固定翼和直升机零件比较多，安装也需要技巧，相对比较麻烦。

在续航性能方面，多旋翼的表现明显弱于其他两款，其能量转换效率低下。

在承载性能方面，多旋翼也是三者中最差的。

对于这三种机型，操控性与飞机结构和飞行原理相关，是很难改变的。在可靠性和勤务性方面，多旋翼始终具备优势。随着电池能量密度的不断提升、材料的轻型化和机载设备的不断小型化，多旋翼的优势将进一步凸显。因此，在大众市场，“刚性”体验最终让人们选择了多旋翼。

然而，多旋翼也有自身的发展瓶颈。

它的运动和简单结构都依赖于螺旋桨及时的速度改变，以调整力和力矩，该方式不宜推广到更大尺寸的多旋翼。

第一，桨叶尺寸越大，越难迅速改变其速度。

正是因为如此，直升机主要是靠改变桨距而不是速度来改变升力。

第二，在大载重下，桨的刚性需要进一步提高。

螺旋桨的上下振动会导致刚性大的桨很容易折断，这与我们平时来回折铁丝便可将铁丝折断同理。因此，桨叶的柔性是很重要的，它可以减少桨叶来回旋转对桨叶根部的影响。正因为如此，为了减少桨叶的疲劳，直升机采用了一个容许桨叶在旋转过程中上下运动的铰链。如果要提供大载重，多旋翼也需要增加活动部件或加入涵道和整流片。这相当于一个多旋翼含有多个直升机结构。这样多旋翼的可靠性和维护性就会急剧下降，优势也就不那么明显了。当然，另一种增加多旋翼载重能力的可行方案便是增加桨叶数量，增至18个或32个桨。但该方式会极大地降低可靠性、维护性和续航性。种种原因使人们最终选择了微小型多旋翼。

2、多旋翼爆红的成因

沉寂期：1990年以前

早在1907年，法国C.Richet教授指导Breguet兄弟进行了他们的旋翼式直升机的飞行试验，如图1a，这是有记录以来最早的构型。第一架成功飞行的垂直起降型四旋翼飞行器出现在20世纪20年代，但那时几乎没有人会用到它。1920年，E.Oemichen设计了第一个四旋翼飞行器的原型，但是第一次尝试空运时失败了。

之后在1921年B.G.De在美国俄亥俄州西南部城市代顿的美国空军部建造了另一架如图1c的大型四旋翼直升机，这架四旋翼飞机除飞行员外可承载3人，原本期望的飞行高度是100米，但是最终只飞到5米的高度。E.Oemichen的飞机在经过重新设计之后（如下图b所示），于1924年实现了起飞并创造了当时直升机领域的世界纪录，该直升机首次实现了14分钟的飞行时间。E.Oemichen和B.G.De设计的四旋翼飞行器都是靠垂直于主旋翼的螺旋桨来推进，因此它们都不是真正的四旋翼飞行器。

（早期的多旋翼）

早期四旋翼飞行器的设计受困于极差的发动机性能，飞行高度仅仅能达到几米，因此在接下来的30年里，四旋翼飞行器的设计没有取得多少进步。直到1956年，M.K.Adman设计的第一架真正的四旋翼飞行器Convertawings Model“A”（如图1d）试飞取得巨大成功，这架飞机重达1吨，依靠两个90马力的发动机实现悬停和机动，对飞机的控制不再需要垂直于主旋翼的螺旋桨，而是通过改变主旋翼的推力来实现。然而，由于操作这架飞机的工作量繁重，且飞机在速度、载重量、飞行范围、续航性等方面无法与传统的飞行器竞争，因此人们对此失去了进一步研究的兴趣，该研究被迫停止。

在20世纪50年代，美国陆军继续测试各种垂直起降方案。Curtiss-Wright是被邀请参与研制了VZ-7和杠杆燃气涡轮机的几家公司之一，杠杆燃气涡轮机的出现提高了VZ-7的功率与重量比。因此，VZ-7被称作“Flying Jeep”，如图(e)所示，其有效载重量为250千克，靠425马力的杠杆燃气涡轮发动机驱动。VZ-7的测试在1959年至1960年期