多旋翼飛行器簡介

多旋翼無人飛行器發(fā)展簡史第一頁，共34頁。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(gè)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)展簡史第二頁，共34頁。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)班也會增加。多旋翼無人飛行器發(fā)展簡史多旋翼無人飛行器第三頁，共34頁。無人飛行器的優(yōu)缺點(diǎn)第四頁，共34頁。優(yōu)點(diǎn)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。無人機(jī)尺寸相對較小，設(shè)計(jì)時(shí)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。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。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)第五頁，共34頁。缺點(diǎn)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(shí)，無優(yōu)勢可言。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)。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。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(shí)，易造成接收機(jī)與地面工作站失去聯(lián)系。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)第六頁，共34頁。無人飛行器應(yīng)用領(lǐng)域第七頁，共34頁。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(gè)，例如影視航拍、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)劃與管理影視航拍第八頁，共34頁。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)管送快遞拉線航拍第九頁，共34頁。無人飛行器的分類第十頁，共34頁。無人飛行器的分類飛艇第十一頁，共34頁。無人飛行器的分類固定翼無人機(jī)第十二頁，共34頁。無人飛行器的分類多旋翼直升機(jī)第十三頁，共34頁。多旋翼概述及分類第十四頁，共34頁。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(gè)以上的旋翼。飛行器的機(jī)動(dòng)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第十五頁，共34頁。無人飛行器的分類四軸多旋翼八軸多旋翼六軸多旋翼第十六頁，共34頁。多旋翼飛行器的構(gòu)造第十七頁，共34頁。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)造第十八頁，共34頁。機(jī)架機(jī)架是指多旋翼飛行器的機(jī)身架，是整個(gè)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)第十九頁，共34頁。電機(jī)電機(jī)是由電動(dòng)機(jī)主體和驅(qū)動(dòng)器組成，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。在整個(gè)飛行系統(tǒng)中，起到提供動(dòng)力的作用。多旋翼飛行器的構(gòu)造第二十頁，共34頁。電調(diào)

電調(diào)全稱電子調(diào)速器，英文electronicspeedcontroller,簡稱ESC。在整個(gè)飛行系統(tǒng)中，電調(diào)主要提供驅(qū)動(dòng)電機(jī)的指令，來控制電機(jī)，完成規(guī)定的速度和動(dòng)作等。多旋翼飛行器的構(gòu)造第二十一頁，共34頁。槳葉

槳葉是通過自身旋轉(zhuǎn)，將電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)功率轉(zhuǎn)化為動(dòng)力的裝置。在整個(gè)飛行系統(tǒng)中，槳葉主要起到提供飛行所需的動(dòng)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第二十二頁，共34頁。電池電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。在整個(gè)飛行系統(tǒng)中，電池作為能源儲備，為整個(gè)動(dòng)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鋰電池等。多旋翼飛行器的構(gòu)造普通鋰電池智能鋰電池第二十三頁，共34頁。遙控系統(tǒng)遙控系統(tǒng)由遙控器和接收機(jī)組成，是整個(gè)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)第二十四頁，共34頁。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ACEONE直升機(jī)飛控NAZA-H直升機(jī)飛控第二十五頁，共34頁。多旋翼飛行原理第二十六頁，共34頁。多旋翼飛行器是通過調(diào)節(jié)多個(gè)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(shí)針旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，電機(jī)2和電機(jī)4順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，因此飛行器平衡飛行時(shí)，陀螺效應(yīng)和空氣動(dòng)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(gè)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(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)2和電機(jī)4順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，可以平衡旋翼對機(jī)身的反扭矩。

多旋翼飛行原理第二十七頁，共34頁。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(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)，分別為：垂直、俯仰、橫滾和偏航。

多旋翼飛行原理第二十八頁，共34頁。垂直運(yùn)動(dòng)，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(shí)增加四個(gè)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(shí)，四旋翼飛行器便離地垂直上升；反之，同時(shí)減小四個(gè)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(dòng)。當(dāng)外界擾動(dòng)量為零時(shí)，在旋翼產(chǎn)生的升力等于飛行器的自重時(shí)，飛行器便保持懸停狀態(tài)。保證四個(gè)旋翼轉(zhuǎn)速同步增加或減小是垂直運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵。

多旋翼飛行原理第二十九頁，共34頁。俯仰運(yùn)動(dòng)，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(gè)方向旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)飛行器的俯仰運(yùn)動(dòng)。

多旋翼飛行原理第三十頁，共34頁。橫滾運(yùn)動(dòng)，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(dòng)。

多旋翼飛行原理第三十一頁，共34頁。偏航運(yùn)動(dòng)，即旋轉(zhuǎn)控制四旋翼飛行器偏航運(yùn)動(dòng)可以借助旋翼產(chǎn)生的反扭矩來實(shí)現(xiàn)。旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)過程中由于空氣阻力作用會形成與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的反扭矩，為了克服反扭矩影響，可使四個(gè)旋翼中的兩個(gè)正轉(zhuǎn)，兩個(gè)反轉(zhuǎn)，且對角線上的各個(gè)旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同。反扭矩的大小與旋翼轉(zhuǎn)速有關(guān)，當(dāng)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速相同時(shí)，四個(gè)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(dòng)；當(dāng)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速不完全相同時(shí)，不平衡的反扭矩會引起四旋翼飛行器轉(zhuǎn)動(dòng)。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(shí)，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