多旋翼无人机的动力学知识.ppt

6 多旋翼无人机的动力学知识 周老师 2019 4 1 我们知道 固定翼飞机是靠升降舵控制飞机的俯仰 方向舵控制飞机的偏航 副翼控制飞机的滚转 多旋翼无人机是如何控制 才能使飞机做出升降 滚转 俯仰和偏航动作呢 课程导入 本节学习多旋翼飞机的动力学知识 教学目标 1 懂得旋翼能够产生升力的原因 2 了解无人机旋翼的种类及特点 3 知道多旋翼无人机的各种动作 4 知道四旋翼无人机的飞行原理 教学过程 1 旋翼的空气动力学知识 2 无人机旋翼的种类及特点 3 多旋翼无人机的各种动作 4 四旋翼无人机的飞行原理 葛洪 东晋道教学者 炼丹家 药学家 文学家 思想家 化学家 官至宰相 隐居罗浮山 所著记述 或用枣心木为飞车 以牛革结环剑 以引其机 其中的 飞车 被认为是关于竹蜻蜓的最早记载 一 旋翼的空气动力学知识 1 旋翼机的产生 2 固定翼升力产生原理 升力产生的力学分析 转速固定的情况下 螺距越大 升力越大 3 旋翼升力产生的原理 二 旋翼的种类及特点 旋翼又称螺旋桨或桨叶 是通过自身旋转 将电机转动功率转化为动力的装置 1 按材质分 木桨 塑料浆 碳纤维浆 橡塑尼龙桨 2 按桨叶数量分 双叶桨 三叶桨 四叶桨 五叶桨 涵道风扇 3 按桨叶结构分 组合式螺旋桨 整体式螺旋桨 可折叠式螺旋桨 4 按固定方式分 插接式 螺丝固定式 子弹头锁紧式 自锁式 6 按旋转方向分 5 按桨距是否可调分 固定桨距和可变桨距 由于无人机上较少见到 所以不再赘述 三 多旋翼机的各种动作 左偏航 右偏航 垂直运动 滚转动作 俯仰动作 偏航动作 前进 后退 发动机或电机带动螺旋桨逆时针转动时 螺旋桨就会对电机有一个反方向的扭矩 这个扭矩叫反扭矩 四 多旋翼无人机的飞控原理 1 电机旋转的反扭矩 螺旋桨逆时针旋转 顺时针方向扭矩 实验验证 电旋转玩具陀螺 2 旋翼的旋转方向 电机M1和M3逆时针旋转 电机M2和M4顺时针旋转 这样设计的目的是 当电机转速相等时 电机自身的反扭矩相互抵消 无人机的航向保持不变 电机转速相等时 电机倾斜拉力矩相互抵消 无人机保持航向不变 3 电机安装方向 电机安装角 部分无人机电机并非垂直于机身平面 多旋翼飞行原理 4 飞机的悬停动作 四个电机转速相等 升力 F1 F2 F3 F4 升力合 F1 F2 F3 F4 G 两方向反扭矩相等 多旋翼飞行原理 5 飞机的升降控制 F1 F2 F3 F4 F1 F2 F3 F4 G 四电机转速同时变化 两方向反扭矩相等 多旋翼飞行原理 6 飞机的横滚控制 F1 F4 F2 F3 F 略小于G 飞机降高度 左右电机转速不再相等 两方向反扭矩仍然相等 F 使飞机左移 多旋翼飞行原理 7 飞机的俯仰控制 F1 F2 F3 F4 F 略小于G 飞机降高度 前后电机转速不再相等 两方向反扭矩仍然相等 F 使飞机前进移 多旋翼飞行原理 8 飞机的偏航控制 但F1 F2 F3 F4 G飞机高度不变 交叉电机转速不再相等 两方向反扭矩不再相等 再加上电机安装偏角力矩帮助 使飞机做偏