讲义01-无人机

1、第一章 无人机,概述 无人机的系统组成及介绍,一、概述,无人驾驶航空器（UA-Unmanned Aircraft)，是一架由无线电遥控设备或自备的程序控制装置操纵的航空器，以下简称“无人机”。 与载人飞机相比：无人机具有体积小、造价低、使用方便、对作战环境要求低、战场生存能力较强等优点。,二、无人机的分类,近年来，国内外无人机相关技术飞速发展，无人机系统种类繁多、用途广泛、特点鲜明，致使其在尺寸、质量、航程、航时、飞行高度、飞行速度、性能以及任务等多方面都有较大差异。由于无人机的多样性，处于不同的考量会有不同的分类方法，且不同的分类方法相互交叉、边界模糊。,无人机可按飞行平台构型、用途、尺度、

2、活动半径、任务高度等方法进行分类。,按飞行平台构型分类：固定翼无人机、旋翼无人机、无人飞艇、伞翼无人机、扑翼无人机等。 按用途可分为军用无人机和民用无人机。军用无人机可分为侦查无人机、诱饵无人机、电子对抗无人机、通信中继无人机、无人战斗机以及靶机等；民用无人机可分为巡查/监视无人机、农业无人机、气象无人机、勘探无人机以及测绘无人机等。,按尺寸可分为微型无人机、轻型无人机、小型无人机以及大型无人机。 微型无人机是指空机质量小于等于7kg的无人机。轻型无人机是指空机质量大于7kg，但小于等于116kg的无人机，且全马力水平飞中，校正空速小于100km/h，升限小于3000m。小型无人机是指空机质量

3、小于等于5700kg的无人机，微型和轻型无人机除外。大型无人机是指空机质量大于5700kg的无人机。 按活动半径可分为超近程无人机、进程无人机、短程无人机、无人机和远程无人机。 超近程无人机活动半径在15Km以内，进程无人机活动半径在1550km之间，短程无人机活动半径在50200km之间，中程无人机活动半径在200800km之间，远程无人机活动半径大于800km.,按任务高度可分为超低空无人机、低空无人机、中空无人机、高空无人机和超高空无人机。 超低空无人机任务高度一般在0100m之间，低空无人机任务高度一般在1001000m之间，中空无人机任务高度一般在10007000m之间，高空无人机任

4、务高度一般在700018000m之间，超高空无人机任务高度一般大于18000m,固定翼,直升机,多旋翼,伞翼无人机,无人飞艇,扑翼无人机,三、系统组成及介绍,飞行器平台 控制站 通讯链路 批准的型号设计规定的任何其他部件,3.1 飞行器平台,定义：是由人类制造、能飞离地面、在大气层或大气层外空间飞行的机械飞行物。 在大气层内飞行的称为航空器，在太空飞行的称为航天器。 航空器依据获得升力的方式不同分为两大类：一类是轻语空气的航空器，依靠空气的浮力漂浮于空中，如气球、飞艇等；另一类是重于空气的航空器，包括非动力驱动和动力驱动两种类型。,无人机系统,航模,3.2 分类,固定翼平台 旋翼平台：带尾翼直

5、升机、共轴直升机、多旋翼和旋翼机。 非主流的：如扑翼机、变模态旋翼机和倾转旋翼机,固定翼平台,固定翼航空器（Fix-wing Aeroplane)平台即日常生活提到的“飞机”，是指由动力装置产生前进的推理或拉力，由机体上固定的机翼产生升力，在大气层能飞行的重于空气的航空器。 大部分固定翼结构主要包含机身、机翼、尾翼、起落架和发动机等。,各部分的作用,机身：主要功用是装载设备、燃料和武器等，同时它也是其他结构部件的安装基础，用以将尾翼、机翼、起落架等连成一个整体。 机翼：是固定翼飞行器产生升力的部件，机翼后缘有可操纵的活动面，一般靠外的叫做副翼，用于控制飞机的滚转运动，靠内侧的则是襟翼，用于增加

6、起飞着陆阶段的升力。 尾翼：是用来配平、稳定和操纵固定翼飞行器飞行的部件，通常包括垂直尾翼和水平尾翼两部分。垂直尾翼有固定的垂直安定面和安装在其后部的方向舵组成；水平尾翼由固定的水平安定面和安装 在其后部的升降舵组成。方向舵用于控制飞机的横向运动，升降舵用于控制飞机的纵向运动。 起落架：是用来支撑飞行器停放、滑行、起飞和着落滑跑的部件，一般由支柱、缓冲器、刹车装置、机轮和收放机构组成。,旋翼平台,旋翼平台即旋翼航空器（Rotary Wing Aircraft)平台，其升力有一个或多个旋翼与空气进行相对运动的反作用获得。 现代的旋翼机航空器通常包括直升机、旋翼机和变模态旋翼机三种类型。,直升机,

7、直升机主要由机体和升力（含旋翼和尾桨）、动力、传动三大系统以及机载飞行设备等组成。旋翼一般由涡轮轴发动机或活塞式发动机通过由传动轴及减速器等组成的机械传动系统来驱动，也可由桨尖喷气产生的反作用力来驱动。,多轴飞行器,多轴飞行器（Multirotor）是一种具有三个及以上旋翼轴的特殊的直升机。 其通过每个轴上的电动机转动，带动旋翼，从而产生升推力。 控制不同旋翼之间的相对转速可以控制其运动轨迹。,旋翼机,自转旋翼机简称旋翼机或自旋翼机，它的旋翼没有动力装置驱动，仅依靠前进时的相对气流传动旋翼自转以产生升力。,2.1.2 动力装置,定义：航空器的发动机以及保证发动机正常工作所必需的系统和附件的总称

8、。 类型：活塞式发动机、涡喷发动机、涡扇发动机、涡桨发动机、涡轴发动机、冲压发动机、火箭发动机、电动机等。,2.1.2.1 活塞式发动机,活塞式发动机也叫往复式发动机，由气缸、活塞、连杆、曲轴、气门机构、螺旋桨减速器、机匣等组成主要机构。 活塞式发动机属于内燃机，通过燃料在气缸内燃烧，将热能转变为机械能。,2.1.2.2 电动机,目前大型、小型、轻型无人机广泛采用的动力装置为活塞式发动机系统。而处于成本和使用方便的考虑，微型无人机中普遍使用的是电动动力系统。 电动动力系统主要由动力电机、动力电源、调速系统三部分组成。,动力电机,动力电机可分为两类：有刷电动机和无刷电动机，其中有刷电动机由于效率

9、较低，在无人机领域已逐渐不再使用。 电动机的型号主要以尺寸为依据。 无刷电机的主要参数：电机KV值、电机型号、电机效率。,电机KV值,大KV配小桨，小KV配大桨。 KV值是每1V的电压下电机每分钟空转的转速，例如KV800,在1V的电压下空转转速是800转每分钟。10V的电压下是8000转每分钟的空转转速。 绕线匝数多的，KV值低，最高输出电流小，但扭力大 绕线匝数少的，KV值高，最高输出电流大，但扭力小,KV值越小，同等电压下转速越低，扭力越大，可带更大的桨。KV值越大，同等电压下转速越高，扭力越小，只能带小桨。相对的说KV值越小，效率就越高。航拍要选用低KV电机配大桨，桨，转速低，效率高，

10、同样低转速电机的震动也小。对航拍来说这些都是极为有利的。,电机型号,定子粗的，力气大。 电机型号，如2212，3508，4010，这些数字表示电机定子的直径和高度（如下图）。前面两位是定子直径，后面两位是定子高度，单位是毫米。个别品牌标注的是外转子的尺寸，实际定子尺寸小，如：4225电机，其内部定子实际是3508的。 前两位越大，电机越肥，后两位越大，电机越高。 实际做工差，动平衡烂，效率低，一致性差，工作不稳定等一系列缺点。,电机效率,35A，效率高 效率的标注方式是：g/W(克/每瓦）电机的功率和拉力并不是成正比的，也就是说50W的时候450g拉力，100W的时候就不是900g了，可能只有

11、700g。具体效率要看电机的效率表。大多数的电机在3A5A的电流下效率是最高的。 一般正常飞行时，效率保持在合理的范围内，能够很好的保证续航能力。 此时，电机工作刚好工作在最大推力（1500g）的2/5处，飞行性能较优。,朗宇X3508S-700KV电机,如果配APC1147桨，4S电池，5A电流时，效率8.1g/W，产生推力为600g，如果为4轴飞行器，共产生2.4公斤推力。对于4S 5000mAh电池，考虑各种影响因素，性能减半，续航时间也应该在30分钟以上吧。（没试过，理论推断！）,如何选购电机,动力选择：电机带动螺旋桨产生升力除了把自身抬起来之外还要用一部分力来前进后退，左右横滚。最关

12、键的还有抗风，建议保留五分之三的升力来做这些动作和抗风，换句话就是整机重量不要超过最大拉力的五分之二。 选电机一定要看参数表。,常见电机品牌,一流：T（iger）-MOTOR做工优异，性能稳定，大多都出口国外，JFRC飓风； 二流： Sunny Sky朗宇、XXD新西达、恒力；,动力电源,动力电源主要为电动机的运转提供电能。通常采用化学电池作为电动无人机的动力电源。主要包括：镍氢电池、镍铬电池、锂聚合物电池、锂离子电池。其中前两种电池因重量重，能量密度低，现已基本上被锂聚合物电池所取代。 关于动力电源即聚合物锂电池在后面的章节详细介绍。,调速系统,动力电机的调速系统称为电调，全称为电子调速器，

13、英文为Electronic Speed Controller，简称ESC。针对动力电机不同，可分为有刷电调和无刷电调。它根据控制信号调节电动机的转速。,关于电调的连接,1、电调的输入线与电池连接； 2、电调的输出线（有刷两根、无刷三根）与电机连接； 3、电调的信号线与接收机连接。 另外，电调一般有电源输出功能（BEC），即在信号线的正负极之间，有5V左右的电压输出，通过信号线为接收机供电，接收机再为舵机等控制设备供电。 电调的输出为三四个舵机供电是没问题的。因此，电动的飞机，一般都不需要单独为接收机供电，除非舵机很多或对接收机电源有很高的要求。,电调常见参数：,2.1.3 螺旋桨,螺旋桨是指靠

14、桨叶在空气或水中旋转，将发动机转动功率转化为推进力的装置，可有两个或较多的叶与毂相连，叶的向后一面为螺旋面或近似于螺旋面的一种船用推进器。 根据无人机行业习惯，通常定义右旋前进的螺旋桨为正桨，左旋前进的螺旋桨为反桨。,螺旋桨规格，一般由4位数字表示，前两位数表示直径，后两位表示螺距。以1060浆为例，10表示桨的直径是10英寸，60表示浆角（螺距，6.0英寸，也就是152.4mm)。 1英寸=2.54cm 注：螺距是指同一片桨叶旋转一圈所形成的螺旋的距离。,四轴航拍电机桨搭配推荐：,3S电池1.8KG以下可用2216KV800电机搭配APC1147桨。 3S电池2KG以下可用2810KV750

15、电机搭配APC1238桨。 3S电池2.5KG以下可用2814KV700电机搭配APC1340桨 4S电池2.5KG以下可用 2814KV600电机搭配APC1340桨 3110KV650电机搭配APC1238桨 3508KV580/KV700电机搭配DJI1555/APC1540桨。 4108KV480/KV600电机搭配APC1447/APC1540桨 6S电池，3KG以下可用3508KV380电机搭配DJI1555桨 4108KV380电机搭配DJI1555桨 4010KV320电机搭配DJI1555桨 4008KV400电机搭配APC1447桨,机架与桨尺寸搭配,机架轴距 =(桨的英寸*25.4/0