多旋翼飛行器簡介

1、 多旋翼飛行器作為無線電遙控的一種類型，歷史尚淺。 1、理論開創(chuàng)階段 多旋翼無人飛行器理論開創(chuàng)于上世紀(jì)10年代，直升機(jī)研發(fā)之前。幾家主要 飛機(jī)生產(chǎn)商開發(fā)出的在多個螺旋槳中搭乘飛行員的機(jī)型。這種設(shè)計(jì)開創(chuàng)了多旋 翼飛行器的理論。 2、加速發(fā)展階段 2007年以后，裝配高性能壓電陶瓷陀螺儀和角速度傳感器（六軸陀螺儀） 的多旋翼無人飛行器開始出現(xiàn)加速發(fā)展。 多旋翼無人飛行器發(fā)展簡史 3、未來發(fā)展階段。 伴隨著飛行器技術(shù)的進(jìn)步，多旋翼無人飛行器使用者會急劇增加。這樣一 來，事故和故障也會相應(yīng)增加，甚至?xí)l(fā)展成社會問題。今后不僅是制造商和 商店一級，協(xié)會和主管部門面向多旋翼無人飛行器的飛行會和培訓(xùn)班也會增

2、加。 多旋翼無人飛行器發(fā)展簡史 多旋翼無人飛行器 優(yōu)點(diǎn) 1.避免犧牲空勤人員，因?yàn)轱w機(jī)上不需要飛行人員，所以最大可能地保障了人的 生命安全。 2.無人機(jī)尺寸相對較小，設(shè)計(jì)時不受駕駛員生理?xiàng)l件限制，可以有很大的工作強(qiáng) 度，不需要人員生存保障系統(tǒng)和應(yīng)急救生系統(tǒng)等，大大地減輕了飛機(jī)重量。 3.制造成本與壽命周期費(fèi)用低，沒有昂貴的訓(xùn)練費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用，機(jī)體使用壽命 長，檢修和維護(hù)簡單。 4.無人機(jī)的技術(shù)優(yōu)勢是能夠定點(diǎn)起飛，降落，對起降場地的條件要求不高，可以 通過無線電遙控或通過機(jī)載計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控。 無人飛行器的優(yōu)缺點(diǎn) 缺點(diǎn) 1.主要表現(xiàn)在生存力低，在與有較強(qiáng)防空能力的敵人作戰(zhàn)時，無優(yōu)勢可言。 2.

3、無人機(jī)速度慢，抗風(fēng)和氣流能力差，在大風(fēng)和亂流的飛行中，飛機(jī)易偏離飛行 線路，難以保持平穩(wěn)的飛行姿態(tài)。 3.無人機(jī)受天氣影響較大，結(jié)冰的飛行高度比過去預(yù)計(jì)的要低，在海拔3000- 4500m的高度上，連續(xù)飛行10-15min后會使飛機(jī)受損。 4.無人機(jī)的應(yīng)變能力不強(qiáng)，不能應(yīng)付意外事件，當(dāng)有強(qiáng)信號干擾時，易造成接收 機(jī)與地面工作站失去聯(lián)系。 5.無人機(jī)機(jī)械部分也有出現(xiàn)故障的可能，一旦出現(xiàn)電子設(shè)備失靈現(xiàn)象，那對無人 機(jī)以及機(jī)載設(shè)備將是致命的。 無人飛行器的優(yōu)缺點(diǎn) 無人飛行器的應(yīng)用非常廣泛，可以用于軍事，也可以用于民用和科學(xué)研究。 在民用領(lǐng)域，無人飛行器已經(jīng)和即將使用的領(lǐng)域多達(dá)40多個，例如影視航拍、

4、 農(nóng)業(yè)植保、海上監(jiān)視與救援、環(huán)境保護(hù)、電力巡線、漁業(yè)監(jiān)管、消防、城市規(guī)劃 與管理、氣象探測、交通監(jiān)管、地圖測繪、國土監(jiān)察等。 無人飛行器應(yīng)用領(lǐng)域 城市規(guī)劃與管理影視航拍 無人飛行器應(yīng)用領(lǐng)域 地圖測繪 農(nóng)業(yè)植保電力巡線 消防救援 交通監(jiān)管 送快遞 拉線 航 拍 無人飛行器的分類 飛艇 無人飛行器的分類 固定翼無人機(jī) 無人飛行器的分類 多旋翼 直升機(jī) 多旋翼飛行器也稱為多軸飛行器，是直升機(jī)的一種，它通常有3個以上的 旋翼。飛行器的機(jī)動性通過改變不同旋翼的扭力和轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)。相比傳統(tǒng)的單 水平旋翼直升機(jī)，它構(gòu)造精簡，易于維護(hù)，操作簡便，穩(wěn)定性高且攜帶方便。 常見的多旋翼飛行器，如：四旋翼，六旋翼和八旋

5、翼，被廣泛用于影視航拍、 安全監(jiān)控、農(nóng)業(yè)植保、電力巡線等領(lǐng)域。 多旋翼概述及分類 三軸多旋翼 無人飛行器的分類 四軸多旋翼 八軸多旋翼 六軸多旋翼 多旋翼飛行器主要由機(jī)架、電機(jī)、電調(diào)和槳葉組成，為了滿足實(shí)際飛行需 要，一般還需要配備電池、遙控器及飛行輔助控制系統(tǒng)。 多旋翼飛行器的構(gòu)造 機(jī)架 機(jī)架是指多旋翼飛行器的機(jī)身架，是整個飛行系統(tǒng)的飛行載體。一般使用 高強(qiáng)度重量輕的材料，例如碳纖維、PA66+30GF等材料。 多旋翼飛行器的構(gòu)造 風(fēng)火輪F550(PA66+30GF)筋斗云S1000(碳纖維) 電機(jī) 電機(jī)是由電動機(jī)主體和驅(qū)動器組成，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。在整 個飛行系統(tǒng)中，起到提供動力

6、的作用。 多旋翼飛行器的構(gòu)造 電調(diào) 電調(diào)全稱電子調(diào)速器，英文electronic speed controller,簡稱ESC。在整 個飛行系統(tǒng)中，電調(diào)主要提供驅(qū)動電機(jī)的指令，來控制電機(jī)，完成規(guī)定的速度 和動作等。 多旋翼飛行器的構(gòu)造 槳葉 槳葉是通過自身旋轉(zhuǎn)，將電機(jī)轉(zhuǎn)動功率轉(zhuǎn)化為動力的裝置。在整個飛行系 統(tǒng)中，槳葉主要起到提供飛行所需的動能。按材質(zhì)一般可分為尼龍槳，碳纖維 槳和木槳等。 多旋翼飛行器的構(gòu)造 尼龍槳碳纖維槳木槳 電池 電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。在整個飛行系統(tǒng)中，電池作為能源儲 備，為整個動力系統(tǒng)和其他電子設(shè)備提供電力來源。目前在多旋翼飛行器上， 一般采用普通鋰電池或者智能

7、鋰電池等。 多旋翼飛行器的構(gòu)造 普通鋰電池智能鋰電池 遙控系統(tǒng) 遙控系統(tǒng)由遙控器和接收機(jī)組成，是整個飛行系統(tǒng)的無線控制終端。 多旋翼飛行器的構(gòu)造 遙控器接收機(jī) 飛行控制系統(tǒng) 飛行控制系統(tǒng)集成了高精度的感應(yīng)器元件，主要由陀螺儀（飛行姿態(tài)感 知），加速計(jì)，角速度計(jì)，氣壓計(jì)，GPS及指南針模塊（可選配），以及控制 電路等部件組成。通過高效的控制算法內(nèi)核，能夠精準(zhǔn)地感應(yīng)并計(jì)算出飛行器 的飛行姿態(tài)等數(shù)據(jù)，再通過主控制單元實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位懸停和自主平穩(wěn)飛行。根 據(jù)機(jī)型的不一樣，可以有不同類型的飛行輔助控制系統(tǒng)，有支持固定翼、多旋 翼及直升機(jī)的飛行控制系統(tǒng)。 多旋翼飛行器的構(gòu)造 A2多旋翼飛控NAZA多旋翼飛控

8、ACE ONE直升機(jī)飛控NAZA-H直升機(jī)飛控 多旋翼飛行器是通過調(diào)節(jié)多個電機(jī)轉(zhuǎn)速來改變螺旋槳轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)升力的變 化，進(jìn)而達(dá)到飛行姿態(tài)控制的目的。 多旋翼飛行原理詳解 以四旋翼飛行器為例，飛行原理如下圖所示，電機(jī)1和電機(jī)3逆時針旋轉(zhuǎn) 的同時，電機(jī)2和電機(jī)4順時針旋轉(zhuǎn)，因此飛行器平衡飛行時，陀螺效應(yīng)和空氣 動力扭矩效應(yīng)全被抵消。與傳統(tǒng)的直升機(jī)相比，四旋翼飛行器的優(yōu)勢：各個旋 翼對機(jī)身所產(chǎn)生的反扭矩與旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相反，因此當(dāng)電機(jī)1和電機(jī)3逆時針 旋轉(zhuǎn)時，電機(jī)2和電機(jī)4順時針旋轉(zhuǎn)，可以平衡旋翼對機(jī)身的反扭矩。 多旋翼飛行原理 一般情況下，多旋翼飛行器可以通過調(diào)節(jié)不同電機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)4個方向 上的運(yùn)

9、動，分別為：垂直、俯仰、橫滾和偏航。 多旋翼飛行原理 垂直運(yùn)動，即升降控制 在圖（a）中，兩對電機(jī)轉(zhuǎn)向相反，可以平衡其對機(jī)身的反扭矩，當(dāng)同時 增加四個電機(jī)的輸出功率，旋翼轉(zhuǎn)速增加使得總的拉力增大，當(dāng)總拉力足以克 服整機(jī)的重量時，四旋翼飛行器便離地垂直上升；反之，同時減小四個電機(jī)的 輸出功率，四旋翼飛行器則垂直下降，直至平衡落地，實(shí)現(xiàn)了沿z軸的垂直運(yùn)動。 當(dāng)外界擾動量為零時，在旋翼產(chǎn)生的升力等于飛行器的自重時，飛行器便保持 懸停狀態(tài)。保證四個旋翼轉(zhuǎn)速同步增加或減小是垂直運(yùn)動的關(guān)鍵。 多旋翼飛行原理 俯仰運(yùn)動，即前后控制 在圖（b）中，電機(jī)1的轉(zhuǎn)速上升，電機(jī)3的轉(zhuǎn)速下降，電機(jī)2、電機(jī)4的轉(zhuǎn) 速保持

10、不變。為了不因?yàn)樾磙D(zhuǎn)速的改變引起四旋翼飛行器整體扭矩及總拉力 改變，旋翼1與旋翼3轉(zhuǎn)速該變量的大小應(yīng)相等。由于旋翼1的升力上升，旋翼3 的升力下降，產(chǎn)生的不平衡力矩使機(jī)身繞y軸旋轉(zhuǎn)（方向如圖所示），同理，當(dāng) 電機(jī)1的轉(zhuǎn)速下降，電機(jī)3的轉(zhuǎn)速上升，機(jī)身便繞y軸向另一個方向旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn) 飛行器的俯仰運(yùn)動。 多旋翼飛行原理 橫滾運(yùn)動，即左右控制 與圖（b）的原理相同，在圖（c）中，改變電機(jī)2和電機(jī)4的轉(zhuǎn)速，保持 電機(jī)1和電機(jī)3的轉(zhuǎn)速不變，便可以使機(jī)身繞x軸方向旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)飛行器橫 滾運(yùn)動。 多旋翼飛行原理 偏航運(yùn)動，即旋轉(zhuǎn)控制 四旋翼飛行器偏航運(yùn)動可以借助旋翼產(chǎn)生的反扭矩來實(shí)現(xiàn)。旋翼轉(zhuǎn)動過程 中由于空氣阻力作用會形成與轉(zhuǎn)動方向相反的反扭矩，為了克服反扭矩影響， 可使四個旋翼中的兩個正轉(zhuǎn)，兩個反轉(zhuǎn)，且對角線上的各個旋翼轉(zhuǎn)動方向相同。 反扭矩的大小與旋翼轉(zhuǎn)速有關(guān)，當(dāng)四個電機(jī)轉(zhuǎn)速相同時，四個旋翼產(chǎn)生的反扭 矩相互平衡，四旋翼飛行器不發(fā)生轉(zhuǎn)動；當(dāng)四個電機(jī)轉(zhuǎn)速不完全相同時，不平 衡的反扭矩會引起四旋翼飛行器轉(zhuǎn)動。在圖（d）中，當(dāng)電機(jī)1和電機(jī)3的轉(zhuǎn)速 上升，電機(jī)2和電機(jī)4的轉(zhuǎn)速下降時，旋翼1和旋翼3對機(jī)身的反扭矩大于旋翼2 和旋翼4對機(jī)身的反