无人机动力系统课件.pptx

1、1 目 录第一节 无人机结构与系统概述第二节 无人机的基本结构第三节 无人机动力系统第四节 无人机控制站与飞行控制系统第五节 无人机通信导航系统第六节 无人机任务载荷系统与发射回收系统2 三、无人机动力系统无人机的动力系统为无人机提供了动力，使无人机能够进行飞行活动。无人机的动力系统有三种类型：（1）以电池为能源的电动系统（2）以燃油类发动机为动力的油动系统（3）油电混合系统。目前油电混合系统更多的应用于汽车中，在无人机领域较少使用。3 三、无人机动力系统电动系统是将化学能转化为电能再转化为机械能为无人机飞行提供动力的系统电动系统由电池、电调、电机和螺旋桨等四个部分组成。1.电动系统4 二、电

2、动系统电动系统动力电机动力电源调速系统5 三、无人机动力系统1）电池主要为无人机提供能量，有镍镉、镍氢、锂离子、锂聚合物电池考虑到电池的重量和效率问题无人机多采用锂聚合物电池电压，分为额定电压、开路电压、工作电压和充电电压等，单位为伏特（V），符号U。额定电压，是指电池工作时公认的标准电压，例如锂聚合物电池为3.7V；开路电压，是指无负载使用情况下的电池电压；工作电压，是指电池在负载工作情况下的放电电压，它通常是一个电压范围。例如：锂聚合物电池的工作电压为3.74.2V；充电电压是指外电路电压对电池进行充电时的电压，一般充电电压要大于电池开路电压。1.电动系统6 电池锂聚锂聚合物合物电池电池1

3、、电压：单片标称 3.7V，满电 4.2V，放电保护电压3.6V（推荐3.8V）。串联增压，3S电池满电12.6V。2、容量：毫安时（mAh）3、放电倍率（C)按标称容量最大可达到的放电电流（1000mAh，10C，最大放电电流10A）7 三、无人机动力系统1）电池电池容量，是指电池储存电量的大小，电池容量分为实际容量、额定容量、理论容量，单位为毫安时（mAh），符号C。实际容量，是指在一定放电条件下，在终止电压前电池能够放出的电量；额定容量，是指电池在生产和设计时，规定的在一定放电条件下电池能够放出的最低电量；理论容量，是指根据电池中参加化学反应的物质计算出的电量。电池倍率，一般充放电电流的

4、大小常用充放电倍率来表示，符号C，即：充放电倍率=充放电电流/额定容量；例如：额定容量为10Ah的电池用4A放电时，其放电倍率为0.4C；1000mAh、10C的电池，最大放电电流=100010=10000mA=10A。1.电动系统8 三、无人机动力系统2）电调电调主要功能是将飞控板的控制信号进行功率放大，并向各开关管送去能使其饱和导通和可靠关断的驱动信号，以控制电动机的转速。电调两端都有接线，输入线与电池相连，输入电流，输出线与电机相连，用以调整电机转速，无刷电调有三根输出线，信号线与飞控连接，接收飞控信号并给飞控供电。3）电机电机旋转带动浆叶使无人机产生升力和推力等，通过对电机转速的控制，

5、可使无人机完成各种飞行状态。有刷电机中的电刷在电机运转时产生电火花会对遥控无线电设备产生干扰，且电刷会产生摩擦力，噪音大，目前在无人机领域已较少使用，更多采用的是无刷电机。电机的型号通常用形如“XXXX”型数字来表示。例如：2212外转子无刷动力电机，即表示电机定子直径22mm，电机定子高度为12mm。1.电动系统9 三、无人机动力系统2）电调电调主要功能是将飞控板的控制信号进行功率放大，并向各开关管送去能使其饱和导通和可靠关断的驱动信号，以控制电动机的转速。因为电机的电流是很大的，正常工作时通常为320A。飞控没有驱动无刷电机的功能，需要电调将直流电源转换为三相电源，为无刷电机供电。同时电调

6、在多旋翼无人机中也充当了电压变化器的作用，将11.1V的电源电压转换为5V电压给飞控、遥控接收机供电，如果没有电调，飞控板根本无法承受这样大的电流电调两端都有接线，输入线与电池相连，输入电流，输出线与电机相连，用以调整电机转速，无刷电调有三根输出线，信号线与飞控连接，接收飞控信号并给飞控供电。1.电动系统10 电调无无刷刷电电调调1.输入线和电池相连2.信号线和飞控相连3.输出线和电机相连11 三、无人机动力系统3）电机电机旋转带动浆叶使无人机产生升力和推力等，通过对电机转速的控制，可使无人机完成各种飞行状态。有刷电机中的电刷在电机运转时产生电火花会对遥控无线电设备产生干扰，且电刷会产生摩擦力

7、，噪音大，目前在无人机领域已较少使用，更多采用的是无刷电机。电机的型号通常用形如“XXXX”型数字来表示。例如：2212外转子无刷动力电机，即表示电机定子直径22mm，电机定子高度为12mm。电机KV值，用来表示电机空载转速，指电压每增加1V，无刷电机增加的每分钟转速，即电机空载转速=电机KV电池电压。例如：920KV的电机，电池电压为11.1V，那么电机的空载转速应该为92011.1=10212转/分钟。1.电动系统12 电机无无刷刷电电机机1、电机型号：以尺寸为依据。型号是无刷2208：定子线圈的直径是22mm 定子线圈的高度是8mm2、电机kV值：空载状态下每V电压能达到每分钟的转速。高

8、kV值用小桨，低kV值用大桨13 三、无人机动力系统4）螺旋桨多旋翼无人机多采用定距螺旋桨，即桨距固定。螺旋桨尺寸，通常用形如“XXXX”型数字来表示，前两位数字表示螺旋桨直径，后两位数表示螺旋桨螺距，单位均为英寸（in），一英寸约等于2.54厘米，螺距即桨叶旋转一圈旋转平面移动的距离。螺旋桨有正反桨之分，顺时针方向旋转的是正桨，逆时针旋转方向旋转的是反桨。电机与螺旋桨的配型原则：高KV电机配小桨，低KV电机配大桨。因为电机KV值越小转动惯量越大，KV值越大转动惯量越小，所以螺旋桨尺寸越大，无人机产生的升力就越大，需要更大力量来驱动螺旋桨旋转，采用低KV电机；反之螺旋桨越小，需要转速更快，才能

9、达到足够升力，采用高KV电机。1.电动系统14 三、无人机动力系统5）接线方式多旋翼无人机的多个旋翼轴上的电调，其输入端的红、黑线需并联接到电池的正、负极上；其输出端的3根黑色线连接到电机；其BEC信号输出线，用于输出5V电压给飞控供电和接收飞控的控制信号；遥控接收机连接在飞行控制器上，输出遥控信号，并同时从飞控上得到5V供电。1.电动系统动力系统中电池、电调、电机之间的接线方式15 三、无人机动力系统燃油类发动机工作过程是将化学能转化为机械能的过程。常用的燃油类发动机有活塞式发动机和燃气涡轮发动机。1.活塞式发动机1）活塞式发动机的结构活塞发动机，也叫往复式发动机，是一种利用气缸内燃料燃烧膨

10、胀产生压力推动活塞运动做功的机器，将化学能转化为热能又转化成了机械能。活塞式发动机是内燃机的一种，靠汽油、柴油等燃料提供动力。活塞式发动机主要由气缸、活塞、连杆、曲轴、气门机构、螺旋桨减速器和机匣等组成。根据燃料点火方式的不同，活塞式发动机以分为电火花点燃燃料的点燃式发动机和压缩空气使空气温度升高点燃燃料的压燃式发动机，大部分汽油机都是点燃式，大部分柴油机都是压燃式2.油动系统16 活塞发动机也叫往复式发动机，是一种利用一个或者多个活塞将压力转换成旋转动能的发动机。活塞发动机主要靠汽油、柴油等燃料提供动力。活塞发动机17 三、无人机动力系统2）四冲程发动机工作原理冲程：活塞从上止点到下止点或者

11、从下止点到上止点称为一个冲程，即曲轴转动半圈。活塞式航空发动机是由汽车的活塞式发动机发展而来，大多是四冲程发动机，活塞在气缸内要经过四个冲程，依次是进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程，工作原理如图2-25所示。发动机除主要部件外，还须有若干辅助系统与之配合才能工作。2.油动系统18 三、无人机动力系统3）二冲程发动机工作原理发动机完成两个行程作为一个完整工作循环的。进气、压缩、膨胀和排气这四个步骤是曲轴旋转一圈完成的，且曲轴每旋转一圈对外做一次功。二冲程发动机的进气孔和排气孔设置在缸体上，活塞的上下移动就能打开或关闭气孔，实现进气和排气。而四冲程发动机则是由相应的驱动机构定时的打开或者关闭

12、进气门和排气门。2.油动系统19 三、无人机动力系统4）发动机系统组成发动机除主要部件外，还须要有其他相关系统与之相互配合才能工作。主要有进气系统、燃油系统、点火系统、冷却系统、启动系统、散热系统等。进气系统，为燃烧做功提供燃料和清洁空气并使之混合然后输送到气缸内。进气系统内常装有增压器，作用是用来增大进气压力。燃油系统，燃料系统由油箱、油泵、汽化器或燃料喷射装量等组成。作用是为发动机持续不断提供洁净燃油。燃料泵将汽油压入气化器，汽油在此雾化并与空气混合进入气缸。点火系统，用于点燃式发动机，点燃空气和燃油的混合气体。点火系统由磁电机产生的高压电在规定的时间产生电火花，将气缸内的混合气体点燃。2

13、.油动系统20 三、无人机动力系统冷却系统，发动机内燃料燃烧时产生的热量除转化为动能使活塞运动和排出废气带走部分内能外，还有很大一部分传给了气缸壁和其他有关机件。冷却系统的作用就是将这些热量散发出去，以保证发功机的正常工作。启动系统，发动机由静止到工作需要外力转动曲轴，使活塞开始往复运动直到工作循环能够自动进行。这个过程叫做发动机的启动。散热系统，为了使发动机产生的热量能及时排出，在合适的温度工作，必须对气缸和气缸盖进行适当地冷却。冷却方法有两种，一种是水冷，另一种是风冷。水冷发动机的气缸周围和气缸盖中都加工有冷却水套，并且气缸体和气缸盖冷却水套相通，冷却水在水套内不断循环，带走部分热量，对气

14、缸和气缸盖起冷却作用。2.油动系统21 涡喷发动机工作原理：燃烧室流出的高温高压燃气，高速从喷口向后排出，使发动机获得了反作用的推力。22 三、无人机动力系统2.燃气涡轮发动机1）燃气涡轮发动机的结构燃气涡轮发动机主要由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管五个部分组成。其中压气机、燃烧室、涡轮是发动机的核心组成部分，称为“核心机”。2.油动系统1-压气机；2-燃烧室；3-涡轮；4-进气道；5-燃油喷嘴；6-尾喷管23 三、无人机动力系统2）工作原理新鲜空气进入进气道，流经压气机时，压气机对气体做功，气体变成高温高压气体，进入燃烧室与燃油混合燃烧成为具有很高能量的高温高压燃气。燃气流过涡轮时驱动

15、涡轮旋转，从而带动压气机工作，最后从涡轮中流出的温度和压力都下降但速度增大的燃气，在尾喷管中继续膨胀，以高速沿发动机轴向从喷口向后排出。2.油动系统24 三、无人机动力系统3）涡轮喷气发动机组成：进气道，压气机，燃烧室，涡轮，尾喷管。工作原理：进气道进气压气机增压燃烧室加热涡轮膨胀做功带动压气机尾喷管膨胀加速排气到体外。4）涡轮螺旋桨发动机组成：进气道，压气机，燃烧室，涡轮，尾喷管，减速器，螺旋桨。工作原理：进气道进气压气机增压燃烧室加热涡轮膨胀做功带动压气机和螺旋桨尾喷管膨胀加速排气到体外5）涡轮轴发动机组成：进气道，压气机，燃烧室，涡轮，尾喷管，功率输出轴，主减速器等。工作原理：进气道进气压气机增压燃烧室加热涡轮膨胀做功带动压气机和螺旋桨尾喷管膨胀加速排气到体外。2.油动系统25 四、其他动力26 桨叶桨毂变距机构桨尖桨根后缘前缘螺旋桨的组成螺旋桨的组成五、螺旋桨27 定距螺旋桨与变距螺旋桨桨叶角增大叫变高距或变大距。桨叶角减小叫变低距或变小距。桨叶角不能改变的螺旋桨叫定距螺旋桨。桨叶角能够改变的螺旋桨叫变距螺旋桨。28 微型/轻型无人机定距螺旋桨小型/大型无人机变距螺旋桨29 螺距：螺旋桨旋转一周在轴向上移动的距离。30 螺旋桨的几何扭转螺旋桨的几何扭转 螺旋桨几何扭转的目的：是为了保持螺旋桨桨叶各个部位产生的升力是一致的。