四旋翼飛行器說明概要課件

1、四旋翼飛行器 指導教師：組員： 任務要求與資源采集材料的選取與參數(shù)的匹配方案結構設計飛行器特點總 章優(yōu)化與展望任務要求1、中心架設計要可以3、4、6、12軸通用；2、整體設計要考慮飛控板、電調和電池的固定問題；3、中心架及中心架配套壓板重量要越輕越好；4、電機座設計要考慮機架、起落架的設計及整體走線設計；5、整體設計要美觀、輕便、注意成本的管控。資源采集 任何由人類制造、能飛離地面、在空間飛行并由人來控制的飛行物，稱為飛行器。 四旋翼飛行器作為多旋翼飛行器的一種，能夠自由懸停和垂直起降，結構簡單，易于控制等特點；多旋翼飛行器的發(fā)展階段大致分為兩個階段。四旋翼飛行器發(fā)展第一階段 20世紀初，法國

2、院士Charles 制造了第一個小型無人飛行器 1907年，Breguet兄弟制作第一 個載人四旋翼飛行器 四旋翼飛行器發(fā)展第二階段 四旋翼飛行器實現(xiàn)自動導航、精確定位、高穩(wěn)定性等發(fā)展 21世界初，George de Bothezat 采用電能為主要動力源，制造飛行器返回方案一 優(yōu)點：1、能夠以最小的中心架 安裝最多的軸； 2、能夠調整軸的角度更輕易的轉換軸數(shù)量及角度。 缺點：利用凹槽緊固強度與穩(wěn)定性不夠。方案二 優(yōu)點：1、避免多軸占用其他裝置空間； 2、利用螺釘緊固強度與穩(wěn)定性強。 3、調整軸數(shù)量及角度方便靈活。方案結構設計方案二方案一VS.確定方案 我們確定采用方案二 一方面，它很好地解決

3、了飛行器多軸 轉換的問題； 另一方面，避免了方案一中多軸占用 其它裝置空間的問題，以及緊固強度不夠 的問題。 返回材料選取本次方案中，大部分零件的采用3D打印機加工，為保證加工零件尺寸穩(wěn)定、表面光澤好、易于進一步加工，因此打印材料的選擇主要考慮材料成型性能與物理性能等相關因素具體如下：塑料種類成型性能物理性能ABS成型性能中等、收縮率小、冷卻速度快、流動性能好沖擊強度高、機械加工性能中等、化學穩(wěn)定性PP能行性能較好、耐熱性差、易變性、相比最輕耐老化、耐沖擊、電絕緣性能好、易燃韌性差PLA成型性能中等、較輕不易變形、冷卻速度快、收縮率小沖擊強度高、穩(wěn)定性好、機械加工較好、韌性好、易降解 根據(jù)三種

4、材料的對比，PLA塑料在成型方面與后 期機加工和穩(wěn)定性方面都比較好，而且PLA塑料易于 降解不會造成污染，因此本次設計的零件的材料以 PLA塑料為主。材料確定動力分析 四旋翼飛行器動力分析主要考慮以下三個方面旋翼升力計算飛行器飛行重量電機拉力計算 通過將機翼分割成無數(shù)個小槳葉，每個小槳葉為一個葉素，通過計算每個葉素的升力推出機翼的升力，葉素距旋轉中心的距離為r，延展向的尺寸為dr，槳葉當?shù)叵议L為c，該葉素所產生的升力增量為： 由此可計算出整個槳葉上的升力為 式中：c1為升力系數(shù)、為當?shù)匮鼋恰樯€斜率。由于機翼平面誘導速度v1的存在，使得葉素處的有效速度和氣流速度之間存在一個下洗角，當?shù)匮鼋?/p>

5、為有效速度與旋翼之間的夾角，可由槳葉幾何安裝角和下洗角來確定： 其中r與v1之比可通過下式來確定：由空氣動力學翼型理論知，機翼在失速之前，其升力系數(shù)c1與仰角之間的關系與雷諾數(shù)Re基本無關，即升力線斜率a與Re無關。這樣，在機翼失速之前，可以用常規(guī)空氣動力學理論確定的升力線斜率來求升力系數(shù)C1，并根據(jù)公式計算機翼上的升力為10.28N。旋翼升力計算飛行器的起飛重量=飛機的重+飛機質量加速度式中:G總為飛機的起飛重量，N；G飛為飛機的重量，N；m飛為飛機的質量，Kg；為飛行器的起飛加速度，m/s2 ；T推為電機拉力，N；f摩為飛行器起飛時摩擦力，N；f靜為飛行器起飛時的靜摩擦力，N；f空為飛行器

6、起飛時的空氣摩擦力，N；V為空氣的流速，m/s；A為空氣的雷諾數(shù)，CD為升力系數(shù)，K為靜摩擦系數(shù)，G為飛機的重量，N。計算得出G=6.958N、a=0.0547m/s2、f空=8.99N、f靜=2.0874N飛行器的飛行重量為6.997N飛行器飛行重量 飛行器運動過程中要保證機翼產生的升力大于飛行器的飛行重量，根據(jù)電機旋轉產生升力帶動機身向上運動，有以下公式進行電機拉力計算： 式中：T扭為電機扭矩，Nm；P為電機功率，W；n為電機轉速，r/min；F拉為電機拉力,N；r為電機中心距，mm；I為電機電流，A；R為電機電阻，。 由此得出一個電機產生的拉力為4.099N，四個電機產生拉力為16.39

7、6N；由于四個機翼共同作用相互產生影響則真實產生拉力為和拉力的0.7倍，因此共產生拉力為11.4772N。電機拉拉力計算 根據(jù)計算得知，電機旋轉帶動機翼旋轉產生的 升力為10.28N，而飛行器的飛行重量為6.997N，因 此飛行器能夠實現(xiàn)自主飛行和著陸能力。 動力分許返回仿真飛行器特點1、飛行器結構可靠性與穩(wěn)定性強；2、拍攝搭載裝置變換性強，可以安裝多種拍攝裝置；3、飛行器操作簡單，適用范圍人群廣；4、飛行器結構材料的選取成本低、加工方便且材料質量輕；5、飛行器的整體設計美觀。返回 本次設計為初次接觸四旋翼飛行器，結構設計與控制設計方面還有待進一步加強優(yōu)化，現(xiàn)以起落架設計的優(yōu)化進行探索，把起落架與機翼保護裝置設計為一體，使結構簡化、降低重量并節(jié)約成本。飛行器優(yōu)化 本設計以四旋翼飛行器為研究對象，主要研究了飛行器的主體結構、飛行動力轉換與各部件的強度要求，以滿足飛行器在航拍過程中的各種要求，達到良好的航拍效果。 本設計是在四旋翼飛行器控制技術領域的一個基礎性探索研究，由于本人是首次接觸四旋翼飛行器，在前期的積累為零，雖在導師的指導下克服了非常多的困難，取得了一定的進展。但就其深度而言，還尚顯膚淺，尤其在自主飛行控制方面還處于探索階段，因此本文在很多方面還有待于進一步的探索和完善主要包