无人机系统结构与设计 课件 第二课时 无人机的动力

第二课时无人机的动力BU

YUN

AVIATION目录/CONTENTS§2活塞式发动机§3电动动力系统§1无人机动力系统的组成§1无人机动力系统的组成无人机动力系统的组成动力系统是航空器的发动机以及保证发动机正常工作所必需的系统和附件的总称，被誉为无人机的心脏无人机动力系统的组成无人机的分类根据动力来源分类：以燃油类发动机为动力的油动系统无人机，以电池为能源的电动系统无人机、固态氧化物燃料无人机、太阳能无人机、油电混合动力无人机无人机电机动力装置：将电池化学能转化为电能再转化为机械能，从而为无人机提供动力无人机动力系统的组成动力系统的组成动力系统包括：发动机、电动机无人机使用的动力装置主要包括：活塞式发动机、涡喷发动机、涡扇发动机、涡桨发动机、涡轴发动机、冲压发动机、火箭发动机、电动机主流的民用无人机所采用的动力系统通常为活塞式发动机和电动机§2活塞式发动机活塞式发动机别名：往复式发动机主要结构：气缸、活塞、连杆、曲轴、气门机构、螺旋桨减速器、机匣属于内燃机，通过燃料在气缸内的燃烧，将热能转变为机械能活塞式发动机系统组成发动机本体、进气系统、增压器、点火系统、燃油系统、启动系统、润滑系统、排气系统活塞式发动机冲程一般用汽油作为燃料每一循环包括四个冲程：进气冲程、压缩冲程、做功（膨胀）冲程、排气冲程①进气冲程：活塞从上死点运动到下死点，进气活门开放，排气活门关闭，雾化的汽油和空气的混合气体，被下行的活排气口吸入气缸内活塞式发动机冲程②压缩冲程：活塞从下死点运动到上死点，进气活门和排气活门都关闭，混合气体在气缸内被压缩，在活塞点火上死点附近，由装在气缸头部的火花塞点火③做功冲程：混合气体点燃后，高温高压的燃气开始膨胀，具有高温高压的燃气开始膨胀，推驱动轴动活塞从上死点向下死点运动，燃烧气体所蕴含的内能转变为带动螺旋桨转动的动力活塞式发动机冲程④排气冲程：活塞从下死点运动到上死点，排气活门开放，燃烧后的废气被活塞排出缸外当活塞到达上死点后，排气活门关闭，完成四个冲程的循环活塞式发动机起动系统发动机由静止状态过渡到工作状态：用外力转动发动机的曲轴，使活塞作往复运动，气缸内的可燃混合气体燃烧膨胀作功，推动活塞向下运动使曲轴旋转发动机的起动：曲轴在外力作用下开始转动到发动机开始自动地运转的全过程起动系统：完成起动过程所需的装置活塞式发动机起动系统大型活塞发动机起动系统的部件均安装在发动机上或其附近，与发动机有关部件连接传动气缸总容积小于500毫升的活塞发动机多采用独立式起动系统§3电动动力系统电动动力系统微型无人机中普遍使用电动动力系统装置组成：电池、电调、电机、螺旋桨电动动力系统装置组成电池：主要作用是提供能量。电调：主要作用是控制电动机的转速。电机：主要作用是通过电机旋转带动螺旋桨旋转。螺旋桨：主要作用是通过旋转产生升力和推力。电动动力系统电机无人机动力系统的核心部分分类：有刷电动机、无刷电动机有刷电动机由于效率较低，在无人机领域已逐渐不再使用电动动力系统有刷电机内含电刷装置的将电能转换成机械能（电动机）或将机械能转换成电能（发电机）的旋转电机所有电机的基础特点：启动快、制动及时、可在大范围内平滑地调速、控制电路相对简单电动动力系统有刷电机有刷电机有碳刷，无刷电机没有碳刷组成：定子、转子定子和转子的磁极之间有一个夹角，在定转子磁场（N极和S极之间）的相互吸引下，使电机旋转电动动力系统有刷电机改变电刷的位置，就可以改变定转子磁极夹角，从而改变电机的旋转方向缺点：摩擦大、耗损大、发热大、寿命短、效率低、功率小电动动力系统无刷电机组成：电动机主体、驱动器组成典型的机电一体化产品以自控式运行，不会在转子上另加启动绕组，也不会在负载突变时产生振荡和失步电动动力系统无刷电机中小容量的无刷直流电动机的永磁体多采用高磁能级的稀土钕铁硼（Nd-Fe-B）材料稀土永磁无刷电动机的体积比同容量三相异步电动机缩小了一个机座号电动动力系统无刷电机运行原理：依靠改变输入到无刷电机定子线圈上的电流波交变频率和波形，在绕组线圈周围形成一个绕电机几何轴心旋转的磁场，驱动转子上的永磁磁钢转动电动动力系统无刷电机电机的性能与磁钢数量、磁钢磁通强度、电机输入电压大小、无刷电机的控制性能等因素有关优点：无电刷、低干扰、噪音低、运转顺畅、寿命长、维护成本低电动动力系统无刷电机无刷电机几乎是一种免维护的电动机有刷电机低速扭力性能优异、转矩大等性能特点是无刷电机不可替代的电动动力系统电源为电机提供运转能源通常采用化学电池来作为电动无人机的动力电源主要包括：镍氢电池、镍铬电池、锂聚合物、锂离子动力电池电动动力系统锂聚合物电池采用锂合金做正极，采用高分子导电材料、聚乙炔、聚苯胺或聚对苯酚等做负极，有机溶剂作为电解质比能量可达350W·h/kg，功率50-60W/kg，使用温度-40℃-70℃，寿命约330次左右电动动力系统锂聚合物电池正极、负极与电解质中至少有一项或一项以上使用高分子材料做为主要电池系统高分子材料主要是被应用于正极及电解质电动动力系统锂聚合物电池正极材料包括导电高分子聚合物或无机化合物电解质可以使用固态或胶态高分子电解质，或有机电解液一般锂离子技术使用液体或胶体电解液，需要坚固的二次包装来容纳可燃的活性成分，增加了重量，限制了尺寸的灵活性电动动力系统锂聚合物电池锂聚合物电池和锂离子电池技术都能代替镍铬电池相同体积下比锂电池容量大，完全没有记忆效应，容易做成各种形状，容量比同样大小的锂离子电池高出一倍，且不含有害的重金属元素电动动力系统锂聚合物电池对旋翼转速进行速度调节的系统针对动力电机不同，可分为有刷电调和无刷电调它根据控制信号调节电动机的转速电动动力系统电调连接方法：电调的输入线与电池连接；电调的输出线（有刷两根、无刷三根）与电机连接；电调的信号线与接收机连接电动动力系统电调电源输出功能（BEC）：在信号线的正负极之间，有5V左右的电压输出，通过信号线为接收机及舵机供电市场上大部分电调采用单独的PMU（电源管理模块）给飞控或者接收机供电电动动力系统电调功能：调速：调整电机转速的快慢稳压：通过BEC功能，可以给飞控或接收机提供稳定的电压输入逆变：通过逆变功能，可以使电池输入的直流电变成给电机输出的交流电换向：通过电调连接电机的三根线中，随意颠倒两根线序，可以实现让电机反方向旋转检测：设置无人机的低电压保护功能，使飞机电池在电量不足的情况下降低功率来迫降电动动力系统电调接线方法：1.电调两根较粗的硅胶线红色（正极）线与黑色（负极）线与电池相连；2.电调较细的三根硅胶线为电调的输出线与电机相连；3.电调最细的三根硅胶线（杜邦线）为信号输入线与飞控或接收机相连电动动力系统螺旋桨通过旋转产生升力和推力顺时针方向旋转的是正桨，逆时针旋转方向旋转的是反桨电动动力系统螺旋桨根据螺旋桨的桨距是否固定可分为：定距螺旋桨、变距螺旋桨多旋翼无人机多采用定距螺旋桨，无人直升机多采用变距螺旋桨电动动力系统螺旋桨根据材质的不同可分为：注塑桨、碳纤桨、玻纤桨、木桨等根据螺旋桨桨叶数量的不同可分