四桨飞行器系统介绍.DOCVIP

四桨飞行器系统介绍 一瓶星光：以下是我两年来设计四桨飞行器的一些基本知识和心得，希望对大家有所帮助。 一、空气动力原理 常规的直升机大家都很熟悉，但是他有三个主要弱点： 1、由于主旋翼的反扭力，必须在尾部加装一个尾悬翼来抵消反扭力保持航向稳定； 2、需要对主悬疑进行倾斜控制来保证横滚与俯仰平衡； 3、为了更灵活的控制升力需要对主旋翼的主距进行控制。 这三个方面的控制效果主要通过尾旋翼和旋翼头完成，这些机构相当复杂，同时也降低了可靠性，因此直升机号称最复杂的飞行器。 四桨飞行器能够弥补这些弱点：仅仅通过对四个螺旋桨的旋转速度进行控制完成飞行器的空间控制。四个动力桨对家为一组，使用正反桨，电机也正反转，A、C桨与B、D桨产生的的反扭力方向相反，大小之差决定飞行器的航向运动；A、C桨的升力之差决定俯仰姿态；B、D桨的升力之差决定横滚姿态。 四桨飞行器，尤其是电动四桨飞行器不需要类似直升机旋翼头的复杂机构，结构简单、可靠性高、相对安全；同时由于多个电机协同控制能够实现相当稳定的飞行和悬停效果，因而在短距侦察领域有较大的应用价值。 另一个方面，四桨飞行器的各个桨的直径受到了限制，为了控制灵活也要有较高的转速；而根据螺旋桨空气动力规律，桨的直径越小、转速越高，能量利用率越低，因此四桨飞行器不太适合作大负载、远距离的飞行。 A A B C D 前 二、系统组成部分 一个四桨飞行器应用系统由飞行载体、飞行载荷、遥控通信和辅助器材组成。 飞行载体包括螺旋桨、（变距机构）、（传动机构）、动力机构、中央控制、能量储备以及机体支架组成。对于最简单的电动直驱四桨来说，不需要变距机构和传动机构，动力机构就是电动机，能量储备就是蓄电池。 飞行载荷一般是微型摄像机（配无线视频传输）或空气采样器等。 遥控通信包括遥控台以及发射接收组合，一般可以用航模遥控发射接收机或无线数传模块完成，如果需要航线编辑功能还需要电脑及地面站软件，如果飞行器配置摄像头及无线视频发射机，地面站还应当配置无线视频接收机及显示、录制设备。 辅助器材包括充电器、备用件、运行箱等。 三、机械动力子系统 根据动力系统的性质可以分为油动和电动的；电动的根据电机类型又可分为有刷电机和无刷电机的；根据传动类型还可分为直驱型与减速型。 以下主要讨论电动四桨： 有刷电机的优点是使用简单，控制灵活，但是存在可靠性低、效率曲线不平坦的缺点。由于电刷的存在，电机的可靠性和寿命较低，功率也不容易做得很大；有刷电机在高速旋转时效率较高（不比无刷的效率低），低速旋转时效率急剧降低（无刷电机低速时效率也还是比较高）。因此无刷电机的四桨飞行器会更加具有实用和商业价值。 我们理想中的四桨是电机直接驱动螺旋桨，不需要另外加一个减速组，因为他会带来复杂性、成本和噪音的升高，但事实上并不是一般的无刷电机都可以直接驱动螺旋桨的。 螺旋桨作为电机的负载，他需要一定的输出力矩支持，而力矩的存在会引起电机转速的降低，为了保证电机能够快速的调整转速，需要电机的输出力矩“游刃有余”，我们不能奢望一个小孩能够把大刀挥舞的神采飞扬，所以也只有力矩较大的电机才能够担负起直接驱动的重任；另一方面，同样功率的电机转速越快则力矩越小。 …… …… …… 这里纠正一个误区：很多朋友说无刷电机直驱不能够用一般的航模电调，因为他的控制延迟太大了；实际上是由于一般买到的无刷电机尽管额定转速快，但是力矩小，直驱的时候就像是一个挥舞大刀的小孩。 市售电调用的是开环控制，单独开发电调实际上是增加了PI闭环控制，尽管可以加快转速的控制响应速度，但也仅仅相当于给这个小孩打了一点兴奋剂，远不如选用实用更为合适的电机效果好。 四、电子控制子系统 四桨飞行器的电子控制部分主要包括主控制单元和动力控制单元，主控制单元的功能又可分为核心级和外围级，前者是完成姿态稳定飞行的不可缺少的功能。 核心级：遥控接收解析、姿态检测、控制输出及姿态算法； 外围级：GPS定位、气压高度检测、罗盘方向检测、云台控制等 未完待续