多旋翼无人机理论资料课件.ppt
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1、第一章:概述第二章:飞行原理第三章:旋翼机飞控的安装调试第四章:旋翼无人机航拍应用第五章:Li电池的维护和保养1.1 无人机的定义 无人驾驶飞机简称“无人机”,是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。机上无驾驶舱,但安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备。地面、舰艇上或母机遥控站人员通过雷达等设备,对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输。可在无线电遥控下像普通飞机一样起飞或用助推火箭发射升空,也可由母机带到空中投放飞行。回收时,可用与普通飞机着陆过程一样的方式自动着陆,也可通过遥控用降落伞或拦网回收。可反覆使用多次。广泛用于空中侦察、监视、通信、反潜、电子干扰等。1.2 无人
2、机的分类 无人机可按飞行平台构型、用途、尺度、活动半径、任务高度等方法进行分类。按飞行平台构型分类:固定翼、旋翼机、无人飞艇、伞翼无人机、扑翼无人机。按用途分类:军用和民用两大类 按尺度分类(民航法规):微型(空机质量小于等于7Kg的无人机)、轻型(空机质量大于7Kg,小于等于116kg)、小型(空机质量小于等于5700kg)、大型无人机(空机质量大于5700kg)。1.2 无人机的分类 按活动半径分类:超近程(活动半径在15km以内)、近程(活动半径在15-50km之间)、短程(活动半径在50-200km之间)、中程(活动半径在200-800km之间)和远程(活动半径大于800km)按任务高
3、度分类:超低空(任务高度在0-100m之间)、低空(100-1000m之间)、中空(1000-7000m之间)、高空(7000-18000m之间)、超高空(大于18000m)。2.1结构形式:旋翼对称分布在机体的前后、左右四个方向,四个旋翼处于同一高度平面,且四个旋翼的结构和半径都相同,四个电机对称的安装在飞行器的支架端,支架中间空间安放飞行控制计算机和外部设备。结构形式如图1.1所示。(以十字型为例)2.2工作原理:四旋翼飞行器通过调节四个电机转速来改变旋翼转速,实现升力的变化,从而控制飞行器的姿态和位置。四旋翼飞行器是一种六自由度的垂直升降机,但只有四个输入力,同时却有六个状态输出,所以它
4、又是一种欠驱动系统。无刷电机(4个)电机型号:6210/380kv 动力总成 电子调速器(4个)螺旋桨(4个,两正两反)控制系统 飞行控制器(飞控)遥控器 动力储备 电池 充电器结构件:机架 四旋翼飞行器的电机 1和电机 3逆时针旋转的同时,电机 2和电机 4顺时针旋转,因此当飞行器平衡飞行时,陀螺效应和空气动力扭矩效应均被抵消。在上图中,电机 1和电机 3作逆时针旋转,电机 2和电机 4作顺时针旋转,规定沿 x轴正方向运动称为向前运动,箭头在旋翼的运动平面上方表示此电机转速提高,在下方表示此电机转速下降。(1)垂直运动:同时增加四个电机的输出功率,旋翼转速增加使得总的拉力增大,当总拉力足以克
5、服整机的重量时,四旋翼飞行器便离地垂直上升;反之,同时减小四个电机的输出功率,四旋翼飞行器则垂直下降,直至平衡落地,实现了沿 z轴的垂直运动。当外界扰动量为零时,在旋翼产生的升力等于飞行器的自重时,飞行器便保持悬停状态。(2)俯仰运动:在图(b)中,电机 1的转速上升,电机 3 的转速下降(改变量大小应相等),电机 2、电机 4 的转速保持不变。由于旋翼1 的升力上升,旋翼 3 的升力下降,产生的不平衡力矩使机身绕 y 轴旋转,同理,当电机 1 的转速下降,电机 3的转速上升,机身便绕y轴向另一个方向旋转,实现飞行器的俯仰运动。(3)滚转运动:与图 b 的原理相同,在图 c 中,改变电机 2和
6、电机 4的转速,保持电机1和电机 3的转速不变,则可使机身绕 x 轴旋转(正向和反向),实现飞行器的滚转运动。(4)偏航运动:旋翼转动过程中由于空气阻力作用会形成与转动方向相反的反扭矩,为了克服反扭矩影响,可使四个旋翼中的两个正转,两个反转,且对角线上的各个旋翼转动方向相同。反扭矩的大小与旋翼转速有关,当四个电机转速相同时,四个旋翼产生的反扭矩相互平衡,四旋翼飞行器不发生转动;当四个电机转速不完全相同时,不平衡的反扭矩会引起四旋翼飞行器转动。在图 d中,当电机 1和电机 3 的转速上升,电机 2 和电机 4 的转速下降时,旋翼 1和旋翼3对机身的反扭矩大于旋翼2和旋翼4对机身的反扭矩,机身便在
7、富余反扭矩的作用下绕 z轴转动,实现飞行器的偏航运动,转向与电机 1、电机3的转向相反。(5)前后运动:要想实现飞行器在水平面内前后、左右的运动,必须在水平面内对飞行器施加一定的力。在图 e中,增加电机 3转速,使拉力增大,相应减小电机 1转速,使拉力减小,同时保持其它两个电机转速不变,反扭矩仍然要保持平衡。按图 b的理论,飞行器首先发生一定程度的倾斜,从而使旋翼拉力产生水平分量,因此可以实现飞行器的前飞运动。向后飞行与向前飞行正好相反。(在图 b 图 c中,飞行器在产生俯仰、翻滚运动的同时也会产生沿 x、y轴的水平运动。)(6)倾向运动:在图 f 中,由于结构对称,所以倾向飞行的工作原理与前
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