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多旋翼无人机飞行原理

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发表时间:2019-03-12 15:52作者:作者:姚文星来源:j9第一品牌真人官方

    多旋翼飞行器如何飞在天空中?

       无人机是由电机的旋转,使螺旋桨产生升力而飞起来的。比如四旋翼无人机,当飞机四个螺旋桨的升力之和等于飞机总重量时,飞机的升力与重力相平衡,飞机就可以悬停在空中了。

       根据牛顿第三定律,旋翼在旋转的同时,也会同时向电机施加一个反作用力(反扭矩),促使电机向反方向旋转。这也是为什么现在的直升机都会带一个「小尾巴」,在水平方向上施加一个力,去抵消这种反作用力,保持直升机机身的稳定。

       而回到四旋翼飞行器上,它的螺旋桨也会产生这样的力,所以为了避免飞机疯狂自旋,四旋翼飞机的四个螺旋桨中,相邻的两个螺旋桨旋转方向是相反的。

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      (1)“+”型飞行姿态飞行原理

     “+”型飞行姿态如图2-3(a)所示。“+”型飞行姿态实现垂直运动需要将M1、M2、M3、M4四个电机的转速同时增大或减小,如图2-4(a)所示。如果想让飞行器进行前后移动,实现俯仰运动,当将M1的转速减小或者将M3的转速增大,保持M2、M4的转速不变的时候,四旋翼后会产生向前上方的合力,使四旋翼向前飞行。当将M1的转速增大或者将M3的转速减小,保持M2、M4的转速不变的时候,四旋翼后会产生向后上方的合力,使四旋翼向后飞行,如图2-4(b)所示。如果控制四旋翼左右飞行,实现滚转运动,需要增加M2或减小M4的转速,保持M1、M3的转速不变,这样会产生右上方的合力,使四旋翼向右飞行。当减小M2或者增加M4的转速,同样保持M1、M3的转速不变时,四旋翼会产生向左上方的合力,使四旋翼向左飞行,如图2-4(c)所示。如果想让飞行器左右转向,实现偏航运动,将M1、M3的转速增加或者将M2、M4的转速减小,四旋翼会向右旋转,实现向右偏航。反之,如果将M1、M3的转速减小或者将M2、M4的转速增加,四旋翼会向左旋转,实现向左偏航,如下图所示。

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      垂直运动:

       通过调节四个电机转速,同时产生向上的升力,当升力大于飞行器本身的重力时,飞行器就可以实现上升的动作,反之下降;当升力等于于飞行器本身的重力时,则飞行器处于悬停状态。

      俯仰及横滚运动:

       通过调节前后部分电机转速,使飞行器向前倾斜,产生的下压气流与地面呈一定角度, 此时飞行器除了产生抵消重力的升力外,还提供一部分向后方向的推力,产生的反作用力推动飞行器向前飞行。同样的,横滚飞行也只需对飞行器的姿态作出相应的调整即可。

     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。当需要进行偏航运动时,飞行器通过调整两对对角线上相同转向的电机转速,产生顺/逆时针方向的反扭力,随后机身便在富余反扭矩的作用下绕机身重心顺/逆时针转动,从而实现飞行器的偏航运动。

文章分类: 基础(飞行百科)
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