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【48812】多旋翼无人机的结构和原理

发布时间:2024-05-20 11:38:18   来源:华体汇平台官网入口

  升力的来龙去脉这是空气动力学中的常识,研讨的内容非常广泛,本文只重视通识理论,论述对翼型升力和旋翼升力的原理。

  依据流体力学的根底原理,活动慢的大气压强较大,而活动快的大气压强较小。因为机翼一般是不对称的,上外表比较凸,而下外表比较平(翼型),流过机翼上外表的气流就相似于较窄当地的流水,流速较快,而流过机翼下外表的气流正好相反,相似于较宽当地的流水,流速较上外表的气流慢。大气施加与机翼下外表的压力(方向向上)比施加于机翼上外表的压力(方向向下)大,二者的压力差便构成了升力。[摘自升力是怎样发生的]。

  所以关于一般所说的飞机,都是需求助跑,当飞机的速度到达必定巨细时,飞机两翼所发生的升力才干抵消重力,以此来完成飞翔。

  旋翼的升力飞机,直升机和旋翼机三种起飞原理是不同的。飞机依托助跑来供给速度以到达满足的升力,而直升机依托旋翼的操控旋转在不进行助跑的条件下完成笔直升降,直升机的旋转是动力体系供给的,而旋翼旋转会发生向上的升力和空气给旋翼的反效果力矩,在规划中需求出示平衡旋翼反效果扭矩的办法,一般有单旋翼加尾桨式(尾桨一般是笔直装置)、双旋翼纵列式(旋转方向相反以抵消反效果扭矩)等;而旋翼机则介于飞机和直升机之间,旋翼机的旋翼不与动力体系相连,由飞翔过程中的前方气流吹动旋翼旋转发生升力(像大风车相同),即旋翼为自转式,传递到机身上的扭矩很小,无需专门抵消。

  而待规划的四旋翼飞翔器实质上是归于直升机的领域,需求由动力体系供给四个旋翼的旋滚动力,一起旋翼旋转发生的扭矩有必要进行抵消,因而本着结构简略操控便利,挑选相似双旋翼纵列式加横列式的直升机模型,两个旋翼旋转方向与别的两个旋翼旋转方向有必要相反以抵消陀螺效应和空机动力扭矩。

  旋翼对称散布在机体的前后、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,四个电机对称的装置在飞翔器的支架端,支架中心空间安放飞翔操控计算机和外部设备。结构及方式如图 1.1所示。

  四旋翼飞翔器经过调理四个电机转速来改动旋翼转速,完成升力的改动,然后操控飞翔器的姿势和方位。四旋翼飞翔器是一种六自由度的笔直升降机,但只要四个输入力,一起却有六个状况输出,所以它又是一种欠驱动体系。

  四旋翼飞翔器的电机 1和电机 3逆时针旋转的一起,电机 2和电机 4顺时针旋转,因而当飞翔器平衡飞翔时,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,规则沿 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明此电机转速进步,在下方表明此电机转速下降。

  (1)笔直运动:一起添加四个电机的输出功率,旋翼转速添加使得总的拉力增大,当总拉力足以战胜整机的重量时,四旋翼飞翔器便离地笔直上升;反之,一起减小四个电机的输出功率,四旋翼飞翔器则笔直下降,直至平衡落地,完成了沿 z轴的笔直运动。当外界扰动量为零时,在旋翼发生的升力等于飞翔器的自重时,飞翔器便坚持悬停状况。

  (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(改动量巨细应持平),电机 2、电机 4 的转速坚持不变。因为旋翼1 的升力上升,旋翼 3 的升力下降,发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,完成飞翔器的俯仰运动。

  (3)滚转运动:与图 b 的原理相同,在图 c 中,改动电机 2和电机 4的转速,坚持电机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),完成飞翔器的滚转运动。

  (4)偏航运动:旋翼滚动过程中因为空气阻力效果会构成与滚动方向相反的反扭矩,为客服反扭矩影响,可使四个旋翼中的两个正转,两个回转,且对角线上的各个旋翼滚动方向相同。反扭矩的巨细与旋翼转速有关,当四个电机转速相一起,四个旋翼发生的反扭矩彼此平衡,四旋翼飞翔器不发生滚动;当四个电机转速不彻底相一起,不平衡的反扭矩会引起四旋翼飞翔器滚动。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,机身便在充裕反扭矩的效果下绕 z轴滚动,完成飞翔器的偏航运动,转向与电机 1、电机3的转向相反。

  (5)前后运动:要想完成飞翔器在水平面内前后、左右的运动,有必要在水平面内对飞翔器施加必定的力。在图 e中,添加电机 3转速,使拉力增大,相应减小电机 1转速,使拉力减小,一起坚持其它两个电机转速不变,反扭矩依然要坚持平衡。按图 b的理论,飞翔器首要发生某些特定的程度的歪斜,然后使旋翼拉力发生水平重量,因而能完成飞翔器的前飞运动。向后飞翔与向前飞翔正好相反。(在图 b 图 c中,飞翔器在发生俯仰、翻滚运动的一起也会发生沿 x、y轴的水平运动。)

  (6)倾向运动:在图 f 中,因为结构对称,所以倾向飞翔的作业原理与前后运动彻底相同。