无人机飞行原理-第09章 多旋翼无人机特性

无人机飞行原理第九章

多旋翼无人机特性多旋翼无人机基本结构多旋翼无人机的基本结构主要包括：机架、动力系统、指挥系统、控制系统组成，为了满足实际飞行需要，需配备电池、遥控器及飞行辅助控制系统机架机架是指多旋翼飞行器的机身架，是整个飞行系统的飞行载体。多旋翼的安全性、可用性以及续航性能都和机身的布局密切相关。因此在设计多旋翼时，其机身的尺寸、布局、材料、强度和重量等因素都是应该考虑的。一般使用轻质高强材料，如碳纤维等材料。轴距是用来衡量多旋翼尺寸的重要参数，它通常被定义为外圈电机组成圆周的直径。例如，轴距450mm和550mm动力系统动力系统决定了多旋翼无人机的主要性能，例如悬停时间、载重能力、飞行速度和飞行距离等。多旋翼无人机的电机主要以无刷直流电机为主，将电能转换成机械能。无刷直流电机具有多种优势，比如效率高、便于小型化以及制造成本低根据转子的位置，无刷直流电机可以进一步分为外转子电机和内转子电机。外转子电机可以提供更大的力矩，因此更容易驱动大螺旋桨而获得更高效率。电调的基本的功能就是电机调速、为遥控接收器上其它通道的舵机供电和充当换相器的角色。电调全称电子调速器（简称ESC），在整个飞行系统中，电调主要提供驱动电机的指令，来控制电机，完成规定的速度和动作等。电池电池作为能源储备，为整个动力系统和其他电子设备提供电力来源。常见的有锂聚合物电池（LiPo）和镍氢电池（NiMh），主要源于其优良的性能和便宜的价格优势。目前在多旋翼飞行器上，一般采用普通锂电池或者智能锂电池等锂电池分类：6S-10000mAh电池，多用于S1000、S800

EVO等6轴及以上大型多旋翼飞行器；3S-5000mAh电池，多用于风火轮F550等4轴中小型多旋翼飞行器；3S-2200mAh电池，多用于Phantom1、风火轮F450等4轴小型多旋翼飞行器；3S-5200mAh电池，用于Phantom2、Vision、Vision+等四轴小型多旋翼飞行器。电池的主要参数有C数、P数、S数等，具体含义如下：C数是指电池能正常放电的倍数。可以简单理解为放电能力。C数乘以容量，就是电池最大放电电流；S数是指串联锂电池电芯的片数，S数越大，电池的电压越大；P数是指并联锂电池电芯的片数，P数越大，电池的电流越大。螺旋桨一.螺旋桨的作用：直接产生多旋翼运动所需的力与力矩的部件，有利于提高螺旋桨对多旋翼性能和效率。二.指标参数：螺旋桨型号，螺旋桨用4个数字表示，其中前面2位是螺旋桨的直径，后面2位是螺旋桨的螺距。比如：

1045桨的直径为10英寸，而螺距为4.5英寸。假设螺旋桨在一种不能流动的介质中旋转，那么螺旋桨每转一圈，就会向前进一个距离，就称为螺距或桨距（Propeller

Pitch）。螺旋桨弦长，较小的转动惯量可以提升电机的响应速度，从而提升多旋翼的性能。指挥控制与飞行控制系统指挥控制系统由遥控器和接收机组成，是整个飞行系统的无线控制终端。遥控器发送飞控手的遥控指令到接收器上，接收机解码后传给飞控制板，进而多旋翼无人机根据指令做出各种飞行动作。遥控器可以进行一些飞行参数的设置，例如：油门的正反，摇杆灵敏度大小，舵机的中立位置调整，通道的功能定义，飞机时间记录与提醒，拨杆功能设定。高级功能有航模回传的电池电压电流数据等等飞行控制系统集成了高精度的感应器元件，主要由陀螺仪、加速计、角速度计、气压计、GPS及指南针

模块，以及控制电路等部件组成。通过高效的控制算法内核，能够精准地感应并计算出飞行器的飞行姿态等数据，再通过主控制单元实现精准定位悬停和自主平稳飞行。任务载荷系统无人机系统升空执行任务，通常需要搭载任务载荷。任务载荷一般与侦察、武器投射、通信、遥感或货物有关。无人机的设计通常围绕所应用的任务载荷进行。有些无人机可携带多种任务载荷。侦察任务和遥感任务而言，传感器任务载荷根据不同任务可采用许多不同形式，包括光电摄像机、红外摄像机、合成口

径雷达、激光测距仪等。链路系统P

A

R

T

O

N

E无人机数据链无人机能够实现以上各种应用，数据链系统的起着非常重要的作用。数据链系统是飞行器于地面系统通信的纽带，其通信质量的稳定性、安全性及灵敏度对无人机有着极其重大的意义。无人机系统数据链飞行控制计算机是整个飞行器的核心部件，它主要有以下三个功能：飞行器多路的模拟信号采集，包括航向信号、发动机转速、电源电压等等；利用通信信道与机载数据电台、GPS信号、数字量传感器等进行通信；输出模拟信号和PWM脉

冲等适应方向舵机、升降舵机和气道等的控制要求。数据链的要求抗干扰：随着通信技术的发，电磁环境变得更加复杂，通信距离增大带来的路径损耗、传播路径带来的障碍物衰落、飞行器高速运动带来的多普勒频移等，数据链的抗干扰能力变为尤为重要，现在的通常的要求是数据链需要具有调频扩频能力，调频组合越高，抗干扰能力越强。多旋翼无人机的螺旋桨螺旋桨工作原理螺旋桨产生推力非常类似于机翼产生升力的方式。产生的升力大小依赖于桨叶的平面形状，螺旋桨叶迎角和电机的转速。螺旋桨叶本身是负扭转的，因此桨叶角从毂轴到叶尖是变化的。最大桨叶角在毂轴处，而最小桨叶角在叶尖。螺旋桨几何参数螺旋桨直径D和半径R螺旋桨直径是指桨尖所画圆的直径。螺旋桨的直径需要通过发动机功率、转速、无人机飞行速度、桨叶数目以及螺距综合确定，螺旋桨直径的单位是英寸。螺旋桨半径为R，桨叶某位置的剖面半径用r表示。桨叶数目螺旋桨的桨叶数目越多，螺旋桨的可吸收的最大功率越大，但是螺旋桨的效率越低，另外随着桨叶数目的增加，螺旋桨的重量也会随之增加。所以桨叶数目的选择需要结合发动机的功率，在保证具备可以吸收发动机最大功率和螺旋桨直径约束的前提下，尽可能减少桨叶数目，以提高螺旋桨的效率。桨距螺旋桨的桨距是指螺旋桨在一个固定介质中旋转一周前进的距离。桨距（或螺距）是由螺旋

桨的桨叶角决定的，桨叶角（β）是指叶素弦线与螺旋桨旋转平面的夹角。相同转速(V)下，螺旋桨不同半径位置的线速度（ωr）不同，导致气流的方向角(θ)不同，为了使每个叶素都能在有利迎角（α）下工作，所以桨叶角不是一个固定值，典型的桨叶角分布如图所示。为了满足不同速度的飞行，可以将螺旋桨设计成可变桨距的螺旋桨。螺旋桨分类一.按桨叶数量：双叶桨、三叶桨、四叶桨、五叶桨、涵道风扇等。二.按桨叶结构分：整体式螺旋桨、组合式螺旋桨、可折叠式螺旋桨等。三.按固定方式分：插接式、螺丝固定式、自锁式、子弹锁紧式等。螺旋桨的设计多旋翼无人机为了抵消单个螺旋桨旋转所产生的反扭矩，多旋翼无人机在运转时，相邻两个螺旋桨的旋转方向不同，从而抵消单个螺旋桨旋转所产生的反扭矩。顶视逆时针旋转的桨是正桨，正桨