多旋翼无人机的动力学知识

1、6.多旋翼无人机动力学知识周老师.4.1多旋翼无人机的动力学知识第1页 我们知道: 固定翼飞机是靠升降舵控制飞机俯仰，方向舵控制飞机偏航，副翼控制飞机滚转。多旋翼无人机是怎样控制，才能使飞机做出升降、滚转、俯仰和偏航动作呢？课程导入本节学习多旋翼飞机动力学知识.多旋翼无人机的动力学知识第2页教学目标1. 知道旋翼能够产生升力原因.2. 了解无人机旋翼种类及特点.3. 知道多旋翼无人机各种动作.4. 知道四旋翼无人机飞行原理.多旋翼无人机的动力学知识第3页教学过程1. 旋翼空气动力学知识.2. 无人机旋翼种类及特点.3. 多旋翼无人机各种动作.4. 四旋翼无人机飞行原理.多旋翼无人机的动力学知识

2、第4页葛洪：东晋道教学者、炼丹家、药学家，文学家，思想家，化学家。官至宰相，隐居罗浮山. 所著记述： “或用枣心木为飞车，以牛革结环剑，以引其机.” 其中“飞车”被认为是关于竹蜻蜓最早记载。葛洪创造竹蜻蜓达芬奇设计直升机一.旋翼空气动力学知识1.旋翼机产生多旋翼无人机的动力学知识第5页支奴干美国鱼鹰首架直升机国产直10美国西科斯基研制多旋翼无人机的动力学知识第6页多旋翼无人机的动力学知识第7页用伯努利原了解释xyoF3F3F2F12.固定翼升力产生原理：最慢最快较慢F2F3f阻F1F浮升力产生力学分析用分子动理论解释多旋翼无人机的动力学知识第8页攻角和螺距转速固定情况下，螺距越大，升力越大。3

3、.旋翼升力产生原理F升F升凹凸式翼型多旋翼无人机的动力学知识第9页二.旋翼种类及特点旋翼又称螺旋桨或桨叶，是经过本身旋转，将电机转动功率转化为动力装置。1.按材质分：木桨塑料浆碳纤维浆橡塑尼龙桨多旋翼无人机的动力学知识第10页2.按桨叶数量分：双叶桨三叶桨四叶桨五叶桨涵道风扇多旋翼无人机的动力学知识第11页3.按桨叶结构分：组合式螺旋桨整体式螺旋桨可折叠式螺旋桨多旋翼无人机的动力学知识第12页4.按固定方式分：插接式螺丝固定式子弹头锁紧式自锁式多旋翼无人机的动力学知识第13页6.按旋转方向分：正桨反桨反桨正桨多旋翼无人机的动力学知识第14页5.按桨距是否可调分： 固定桨距和可变桨距，因为无人机

4、上较少见到，所以不再赘述。多旋翼无人机的动力学知识第15页右移上升左移下降三.多旋翼机各种动作左偏航右偏航垂直运动滚转动作俯仰动作偏航动作前进后退多旋翼无人机的动力学知识第16页右升左降多旋翼无人机的动力学知识第17页 发动机或电机带动螺旋桨逆时针转动时，螺旋桨就会对电机有一个反方向扭矩，这个扭矩叫反扭矩。四.多旋翼无人机飞控原理1.电机旋转反扭矩：螺旋桨逆时针旋转顺时针方向扭矩试验验证：电旋转玩具陀螺多旋翼无人机的动力学知识第18页2.旋翼旋转方向：M1M2M3M4反扭矩白点白点黑点黑点 电机M1和M3逆时针旋转, 电机M2和 M4 顺时针旋转,这么设计目标是：当电机转速相等时,电机本身反扭

5、矩相互抵消，无人机航向保持不变。多旋翼无人机的动力学知识第19页电机转速相等时, 电机倾斜拉力矩相互抵消, 无人机保持航向不变.3.电机安装方向：F2拉力矩F1F3F4电机安装角（部分无人机电机并非垂直于机身平面）多旋翼无人机的动力学知识第20页多旋翼飞行原理4.飞机悬停动作：F1F3F2F4 四个电机转速相等 升力：F1 = F2 = F3 = F4 升力合：F1+F2+F3+F4=GG 两方向反扭矩相等多旋翼无人机的动力学知识第21页多旋翼飞行原理5.飞机升降控制：F1F3F2F4 F1 = F2 = F3 = F4 F1+F2+F3+F4G 四电机转速同时改变G 两方向反扭矩相等多旋翼无

6、人机的动力学知识第22页多旋翼飞行原理6.飞机横滚控制：F1F3F2F4 F1 +F4 F2 + F3 F略小于 G, 飞机降高度 左右电机转速不再相等 两方向反扭矩依然相等GFFF F使飞机左移 多旋翼无人机的动力学知识第23页多旋翼飞行原理7.飞机俯仰控制：F1F3F2F4 F1 +F2 F3 + F4 F略小于 G, 飞机降高度 前后电机转速不再相等 两方向反扭矩依然相等G F使飞机前进移 多旋翼无人机的动力学知识第24页多旋翼飞行原理8.飞机偏航控制： 但F1+F2 +F3 +F4 =G 飞机高度不变 交叉电机转速不再相等 两方向反扭矩不再相等再加上电机安装偏角力矩帮助M1M2M3M4反扭矩使飞机做偏航动作 .