クアッドコプター

4 つのローターすべてが同じ角速度で回転し、2 つが時計回り、2 つが反時計回りに回転する場合、ヨー軸周りの正味トルクはゼロとなり、従来のヘリコプターのようにテール ローターは不要になります。ヨーは、空力トルクのバランスの不一致（つまり、逆回転するブレード ペア間の累積推力指令のオフセット）によって誘発されます。^{[ 6 ] [ 7 ]}

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  回転するローターによってクワッドコプターの各モーターに発生する反力トルクの概略図。ローター1と3は一方向に回転し、ローター2と4は反対方向に回転するため、制御のための逆方向のトルクが発生する。
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  クワッドローターは、4つのローターすべてに均等な推力を加えることで、ホバリングしたり高度を調整したりする。
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  クワッドローターは、一方向に回転するローターにより多くの推力を加えることで、ヨー角を調整する。
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  クワッドローターは、一方のローター（または隣接する2つのローター）に推力を増やし、反対側のローターに推力を少なくすることで、ピッチまたはロールを調整します。

すべてのクワッドコプターは、渦輪状態を含む、通常の回転翼航空機の空力特性の影響を受けます。

主な機械部品は、胴体またはフレーム、4つのローター（固定ピッチまたは可変ピッチ）、およびモーターです。最高の性能と最も単純な制御アルゴリズムのために、モーターとプロペラは等間隔に配置されます。^{[ 8 ]}

軽量化と高出力化、そして安定性向上を実現するため、クワッドコプターは他のマルチローター機と同様に、同軸ローター構成を採用することができる。この場合、各アームには互いに逆方向に回転する2つのモーターが搭載されている（1つは上向き、もう1つは下向き）。

クアッドコプターの構成は、自律飛行のためのプログラミングが比較的容易である。これにより、隣接するドローンの基本的なセンシングに基づいた複雑な群集行動の実験が可能になった。

バッテリー駆動のクワッドコプターで達成された最長飛行時間は2時間31分30秒です。この記録は2016年にドイツのフェルディナント・キッキンガーによって樹立されました。^{[ 9 ]}記録を樹立するにあたり、キッキンガーは低放電率で大容量のリチウムイオン電池を使用し、消費電力を削減して航続時間を延ばすために機体から不要な重量を取り除きました。^{[ 10 ]}

水素燃料電池やハイブリッドガス発電機などの代替電源は、水素とガソリンのエネルギー密度がそれぞれ高いため、航続距離を劇的に延長するために使用されてきました。^{[ 11 ]}

クワッドコプターで達成された最高速度は、2026年5月20日にオーストラリアでベンジャミン・ビッグスとエイダン・ケリーによって記録された時速685km （426mph ）である。 ^{[ 12 ] [ 13 ]}  

ギネス世界記録の変遷を以下に示します。記録は、水平飛行で100メートルを2回走った平均値によって算出されます。風の影響を考慮するため、2回の走行は反対方向で行わなければなりません。

垂直離陸に成功した最初の重航空機は、ルイ・ブレゲーが設計した4ローターヘリコプターだった。これは係留飛行で数フィートの高度までしかテストされなかった。1908年には「数回」飛行したと報告されているが、詳細は不明である。^{[ 26 ]}

エティエンヌ・エーミッヘンは1920年代に回転翼機の設計実験を行った。彼が試した設計の一つがエーミッヘン2号機で、これは4つの2枚羽根ローターと8つのプロペラを備え、すべて1つのエンジンで駆動した。ローターブレードの角度は、ワーピングによって変更できた。水平面で回転する5つのプロペラは、機体の横方向の安定化に役立った。もう1つのプロペラは機首に取り付けられ、操縦に使用された。残りの2つのプロペラは前進推進力として機能した。この機体は当時としてはかなりの安定性と操縦精度の向上を示し、1920年代半ばに1000回以上の試験飛行を行った。1923年までに、一度に数分間飛行することが可能になり、1924年4月14日には、ヘリコプターによるFAI初の飛行距離記録となる360メートル（390ヤード）を樹立した。この機体は円形コースを完了する能力を実証し^{[ 27 ]}、その後、回転翼機による初の1キロメートル（0.62マイル）の閉回路飛行を完了した。   

ジョージ・ド・ボテザ博士とイヴァン・ジェロームは、X字型構造の先端に6枚羽根のローターを備えたド・ボテザ・ヘリコプターを開発した。推力とヨー制御には、ピッチ可変の小型プロペラ2基が使用された。機体はコレクティブ・ピッチ制御を採用していた。アメリカ陸軍航空隊によって製造され、1922年10月に初飛行を行った。1923年末までに約100回の飛行が行われた。最高到達高度は約5メートル（16フィート5インチ）であった。実現可能性は実証されたものの、出力不足、応答性の悪さ、機械構造の複雑さ、信頼性の問題など、多くの課題を抱えていた。ホバリング中のパイロットの作業負荷が高すぎたため、横方向への移動は不可能だった。   

コンバートウィングス モデル A クワッドローターは、より大型の民間および軍用ヘリコプターのプロトタイプとなることを意図していました。この設計では、2 つのエンジンが V ベルト システムを介して 4 つのローターを駆動していました。テール ローターは必要なく、ローター間の推力を変化させることで制御が得られました。^{[ 28 ]} 1956 年以降何度も飛行したこのヘリコプターは、クワッドローター設計を実証し、また、前進飛行に成功した最初の 4 ローター ヘリコプターでもありました。しかし、商用または軍用バージョンの注文がなかったため、プロジェクトは中止されました。コンバートウィングスは、最大重量42,000ポンド (19トン)、ペイロード10,900ポンド (4.9トン)、300 マイル以上、最高速度173 mph (278 km/h)のモデル E を提案しました。ハンソン弾性関節式（EA）ベアリングレスローターは、1960年代初頭にロッキード・カリフォルニアでトーマス・F・ハンソンが行った研究から生まれたもので、彼は以前コンバートウィングスでクワッドローターのローター設計と制御システムに取り組んでいた。^{[ 29 ] [ 30 ]}      

1960年のグロスター作物噴霧機プロジェクトは、クワッド コプタードローンの初期の例でした。105馬力のポテズ4E空冷水平対向4気筒エンジンで駆動し、20ガロンのペイロードを22 フィートの噴霧ブームを通して噴射しました。2人のオペレーターが噴霧経路の両端でホーミングビーコンを携行し、クワッドコプターが常にビーコンに向かって飛行し、オーバーシュートしないようにしました。しかし、有人機に比べて設計と運用要件が大幅に簡素化されていたにもかかわらず、親会社の取締役会は開発を拒否し、このプロジェクトは机上の空論に終わりました。^{[ 31 ]}

1958年に開発されたカーチス・ライトVZ-7は、アメリカ陸軍輸送研究司令部の「空飛ぶジープ」開発競争において、カーチス・ライト社が設計した垂直離着陸機（VTOL機）である。VZ - 7は、 4基のダクトファンローターそれぞれの推力を変化させることで操縦された。

ピアセッキPA-97は、1980年代に提案された大型ハイブリッド航空機で、4機のヘリコプターの胴体と軽飛行機を組み合わせたものだった。

ベル・ボーイング社のクワッド・ティルトローター構想は、固定式クワッドコプターのコンセプトをさらに発展させ、ティルトローターのコンセプトと組み合わせることで、C-130サイズの軍用輸送機を提案している。

エアバスは、当初はパイロットが操縦するが将来的には自律飛行も可能な、都市型エアタクシーとして機能するバッテリー駆動のクワッドコプターを開発している。^{[ 32 ]}

2000年代初頭、クアッドコプターのレイアウトは小型無人航空機やドローンとして人気を博しました。機動性とホバリング能力に優れた航空機へのニーズの高まりにより、クアッドコプターの研究が盛んになりました。4つのローター設計により、クアッドコプターは比較的シンプルな設計でありながら、高い信頼性と機動性を備えています。マルチクラフト通信、環境探査、機動性の向上により、クアッドコプターの能力を高める研究が続けられています。これらの発展途上の特性を組み合わせることができれば、クアッドコプターは現在他の機体では不可能な高度な自律ミッションを実行できるようになります。^{[ 33 ]}

小型のおもちゃのラジコンクワッドコプターは1990年代初頭に日本で既に生産されていたが、カメラを搭載した最初の大量生産品（カナダのスタートアップ企業DraganflyによるDraganflyer Stabilized Aerial Video System、後にDraganflyer Iとも呼ばれる）は1999年まで設計されなかった。^{[ 34 ] [ 35 ]}

2005年から2010年頃にかけて、電子機器の進歩により、安価で軽量なフライトコントローラー、加速度計（IMU）、全地球測位システム、カメラの製造が可能になった。その結果、小型無人航空機としてクワッドコプター構成が普及した。小型で機動性に優れたこれらのクワッドコプターは、屋内でも屋外でも飛行させることができる。^{[ 1 ] [ 36 ]}

小型ドローンの場合、クアッドコプターは機械構造が単純なため、従来のヘリコプターよりも安価で耐久性があります。^{[ 37 ]}また、ブレードが小さいため運動エネルギーが少なく、損傷を引き起こす可能性が低くなるという利点もあります。小型のクアッドコプターの場合、これにより、機体が接近して操作しても安全になります。さらに、ローターを覆うガードをクアッドコプターに取り付けることで、損傷の可能性をさらに低減できます。^{[ 2 ]}しかし、サイズが大きくなるにつれて、固定プロペラのクアッドコプターは従来のヘリコプターに比べて不利になります。ブレードのサイズが大きくなると、運動量が増加します。これは、ブレード速度の変化に時間がかかることを意味し、制御に悪影響を及ぼします。ヘリコプターでは、ローターディスクのサイズを大きくしてもブレードピッチの制御能力に大きな影響がないため、この問題は発生しません。

組み立てや操作が容易なため、クアッドコプターはアマチュアの模型飛行機プロジェクトとして人気があります。^{[ 38 ] [ 39 ]}