无人机操控技术课件第3章飞行原理与性能第5节多旋翼基础知识.pptx

1、01 空气动力学基础02 飞行原理P04 P24 03 飞行性能P49 04 无人机发射回收方式P88 05 多旋翼基础知识P98 5.1 多旋翼概念5.2 多旋翼系统组成多旋翼飞行器系统主要包括：机体结构、飞控系统、动力系统、机载链路系统。5.2.1 机体结构5.2.1 机体结构 机架：装载各类设备、动力电池或燃料，同时它是其他结构部件的安装基础。支臂：机架结构的延伸，用以扩充轴距，安装动力电机，有些多旋翼的脚架也安装在支臂上。云台：任务设备的承载结构。脚架：用来支撑停放、起飞和着陆的部件。5.2.2 飞控系统 飞控全称导航飞控系统，多轴飞行器的飞控指的是机载导航飞控系统，又称自动驾驶仪，它

2、包含飞控子系统和导航子系统两部分。角速度传感器姿态传感器加速度计空速传感器导航子系统（按航线飞行）飞控子系统（姿态稳定与控制）位置传感器(GPS)高度计飞行姿态执行机构|桨内环外环飞控计算机5.2.2 飞控系统飞控硬件5.2.2 飞控系统IMU惯导传感器IMU惯性导航传感器是DOF（Degree Of Freedom，自由度）系统的核心，为多旋翼提供姿态、速度和位置等参数,全称“惯性测量单元”。是测量物体三轴姿态（或角速率）以及加速度的装置。5.2.2 飞控系统GPS接收机5.2.2 飞控系统磁力计 磁力计为多旋翼提供角度信息，其功能等同于指南针。多轴飞行器在没有发生机械结构改变的前提下，如发

3、生漂移，不能直线飞行时，通常就需要校准磁罗盘。如果无人机发生远距离转场，尤其是东西方向的远距离转场，必须校准磁罗盘。5.2.2 飞控系统飞控软件飞控飞控基本情况基本情况优点优点缺点缺点飞控飞控开源，只使用开源，只使用三个成本低廉三个成本低廉的单轴陀螺的单轴陀螺价格便宜，硬件价格便宜，硬件结构简单结构简单 功能简单，无自稳、定功能简单，无自稳、定高，不能姿态控制高，不能姿态控制,无无GPSGPS飞控飞控开源，配有地开源，配有地面站软件面站软件可实现自稳、定可实现自稳、定高、姿态控制高、姿态控制调试复杂调试复杂飞控飞控开源，配有地开源，配有地面站软件面站软件成本低，架构简成本低，架构简单单性能不及

4、性能不及飞控飞控不开源，稳定，不开源，稳定，商业软件商业软件功能全，控制稳功能全，控制稳定定价格昂贵价格昂贵和和开源，配有地开源，配有地面站软件面站软件固件代码结构好，固件代码结构好，利于开发利于开发代码不如代码不如成熟成熟5.2.2 飞控系统飞控软件5.2.3 动力系统 多旋翼无人机动力系统的组成为：螺旋桨、电机、电调、电池。5.2.3 动力系统螺旋桨5.2.3 动力系统螺旋桨5.2.3 动力系统螺旋桨5.2.3 动力系统螺旋桨5.2.3 动力系统电机多轴飞行器使用的电机都是交流电机，电机通过三根线和电调连接，从电调取电，一般如果想要电机反向旋转，只需要把三根线中的两根互换一下即可。5.2.

5、3 动力系统电机41084108外转子无刷电机（外转子无刷电机（KV480KV480）5.2.3 动力系统电机5.2.3 动力系统电调5.2.3 动力系统电调5.2.3 动力系统电调5.2.3 动力系统电调5.2.3 动力系统电池 多轴飞行器使用的动力电池一般为聚合物锂电池。它属于锂离子电池的一种。锂离子电池优点：1）电压高，单体电池的工作电压高达3.73.8V。2)循环寿命长，一般均可达到500次以上，安全性能好。3）比能量大，材料能达到理论值88%的比容量，即同样容量不同类型的电池，最轻的是聚合物锂电池，同样重量不同类型的电池，容量最大的是聚合物锂电池。5.2.3 动力系统电池 电池容量：

6、安时（Ah）或者毫安时（mAh）。如图所示，例如，17000mAh表示以17000毫安放电，能够持续1小时。严格的讲，电池容量应该以Wh表示，Ah乘以电压就是Wh，例如，民航旅客行李中携带锂电池的额定能量超过160Wh严禁携带。5.2.3 动力系统电池 充、放电倍率（C数）：一般锂聚合物电池有两个c数，例：穿越机电池一般为5c-30c，表示最大能够以5倍的额定电流充电，最大能够以30倍额定电流放电。例1：如果17000mah，6s1p锂聚合物电池以2c充电，求充电电流和充电时间？电流I=额定电流*充放电倍率c=17a*2c=34a 时间T=1/充放电倍率c（单位小时）=1/2h =60/充放电

7、倍率c（单位分钟）=60/2=30min5.2.3 动力系统电池。5.2.3 动力系统电池5.2.3 动力系统油电混动 为了克服电动无人机续航能力短的问题，目前市场上推出了油电混动型的多旋翼无人机5.2.4 链路系统 民用多旋翼无人机的通讯链路系统比较简单，就23条链：遥控链路、数传链路、图传链路。5.2.4 链路系统遥控遥控器机载接收机5.2.4 链路系统地面站机载模块5.2.4 链路系统5.3 多旋翼气动布局 由于多旋翼的桨平面是向上安装的，由螺旋桨直接提供机体所需的升力，而螺旋桨在旋转的时候又会产生反扭力，使无人机的机体向螺旋桨旋转的反向转向，为了克服这个反扭力，设计成两两对应的双数螺旋

8、桨结构或者在单数螺旋桨上安装舵机。按照要求和使用习惯不同，多旋翼可以设计成不同的气动结构，主要有：十字型、X字型、Y字型、H字型。5.3 多旋翼气动布局十字型5.3 多旋翼气动布局X字型X字型4轴飞行器右前方的旋翼一般多为俯视逆时针旋转。操纵升降和副翼时，一般会有多个电机参与，不论是操纵性还是稳定性，都要比十字型要好。5.3 多旋翼气动布局Y字型、H字型5.3 多旋翼气动布局5.4 多旋翼结构形式5.4 多旋翼结构形式5.4 多旋翼结构形式5.5 多旋翼的运动 旋翼的运动模式主要有：垂直上升下降运动；绕多轴飞行器横轴俯仰运动；绕多轴飞行器纵轴滚转运动；绕多轴飞行器立轴偏航运动。对于多轴飞行器而

9、言，旋翼既是升力面又是纵横向和航向的操纵面，旋翼所有的运动都是通过改变旋翼速度来实现。5.5.1 垂直运动5.5.2 俯仰运动 多旋翼无人机的俯仰运动和固定翼的俯仰运动不同。固定翼无人机机头下俯，飞机向下飞行，机头上仰，飞机向上飞行。而多旋翼在做俯仰运动的时候，机头下俯，飞机向前飞行，机头上仰，飞机向后飞行。横轴前后侧的螺旋桨转速不同，可实现俯仰运动。如实现向后移动则横轴前侧的螺旋桨加速，横轴后侧的螺旋桨减速。5.5.3 滚转运动 和多旋翼无人机的俯仰运动类似，多旋翼也可以实现滚转运动。当向左滚转时飞机向左平移，向右滚转时飞机向右平移。纵轴左右侧的螺旋桨转速不同，可实现滚转运动。如实现向左移动

10、则纵轴右侧的螺旋桨加速，纵轴左侧的螺旋桨减速。5.5.4 偏航运动 多旋翼无人机的偏航运动指的是机头方向的改变。多轴飞行器的旋翼旋转方向一般为俯视多轴飞行器两两对应，相邻旋翼旋转方向则相反，当转速一致时，可抵消反扭力矩。如：四旋翼飞行器上螺旋桨两两相对应。当相对的2个桨加速，另2个桨减速，反扭力矩不平衡，飞机改变航向。5.6 典型应用多旋翼无人机应用军事应用航拍航测农林植保线路巡检货物运输通信中继5.6.1 航拍航测5.6.1 航拍航测5.6.1 航拍航测云台5.6.1 航拍航测摄影器材5.6.1 航拍航测果冻效应5.6.1 航拍航测作业方式5.6.1 航拍航测注意事项5.6.1 航拍航测注意事项5.6.1 航拍航测注意事项5.6.2 农业植保5.6.2 农业植保