多旋翼飛行器原理

1、四旋翼飛行器結構和原理1.結構形式 ? 旋翼對稱分布在機體的前后、左右四個方向，四個旋翼處于同一高度平面，且四個旋 翼的結構和半徑都相同，四個電機對稱的安裝在飛行器的支架端，支架中間空間安放飛 行控制計算機和外部設備。結構形式如圖 1.1 所示。 ?2.工作原理 ? ? ? 四旋翼飛行器通過調節(jié)四個電機轉速來改變旋翼轉速，實現(xiàn)升力的變化，從而控 制飛行器的姿態(tài)和位置。四旋翼飛行器是一種六自由度的垂直升降機，但只有四個輸入 力，同時卻有六個狀態(tài)輸出，所以它又是一種欠驅動系統(tǒng)。 ? ? ? 四旋翼飛行器的電機 1 和電機 3 逆時針旋轉的同時，電機 2 和電機 4 順時針旋 轉，因此當飛行器平衡飛

2、行時，陀螺效應和空氣動力扭矩效應均被抵消。? ? ? 在上圖中，電機 1 和電機 3 作逆時針旋轉，電機 2 和電機 4 作順時針旋轉，規(guī) 定沿 x 軸正方向運動稱為向前運動，箭頭在旋翼的運動平面上方表示此電機轉速提高， 在下方表示此電機轉速下降。?(1)垂直運動：同時增加四個電機的輸出功率，旋翼轉速增加使得總的拉力增大，當 總拉力足以克服整機的重量時，四旋翼飛行器便離地垂直上升；反之，同時減小四個電 機的輸出功率，四旋翼飛行器則垂直下降，直至平衡落地，實現(xiàn)了沿 z 軸的垂直運動 當外界擾動量為零時， 在旋翼產生的升力等于飛行器的自重時， 飛行器便保持懸停狀態(tài)。(2)俯仰運動：在圖(b)中，電

3、機1的轉速上升，電機3的轉速下降(改變量大小應 相等)，電機 2、電機 4 的轉速保持不變。由于旋翼 1 的升力上升，旋翼 3 的升力下 降，產生的不平衡力矩使機身繞 y 軸旋轉，同理，當電機 1 的轉速下降，電機 3 的轉 速上升，機身便繞 y 軸向另一個方向旋轉，實現(xiàn)飛行器的俯仰運動。 ?(3)滾轉運動：與圖 b 的原理相同，在圖 c 中，改變電機 2 和電機 4 的轉速，保持 電機 1 和電機 3 的轉速不變， 則可使機身繞 x 軸旋轉(正向和反向)，實現(xiàn)飛行器的滾 轉運動。 ?(4)偏航運動：旋翼轉動過程中由于空氣阻力作用會形成與轉動方向相反的 反扭矩，為了克服反扭矩影響，可使四個旋翼

4、中的兩個正轉，兩個反轉，且對角線上的 各個旋翼轉動方向相同。反扭矩的大小與旋翼轉速有關，當四個電機轉速相同時，四個 旋翼產生的反扭矩相互平衡， 四旋翼飛行器不發(fā)生轉動； 當四個電機轉速不完全相同時， 不平衡的反扭矩會引起四旋翼飛行器轉動。 在圖 d 中，當電機 1 和電機 3 的轉速上升， 電機 2 和電機 4 的轉速下降時，旋翼 1 和旋翼 3對機身的反扭矩大于旋翼 2和旋翼 4 對機身的反扭矩，機身便在富余反扭矩的作用下繞 z 軸轉動，實現(xiàn)飛行器的偏航運動， 轉向與電機 1 、電機 3的轉向相反。 ?(5)前后運動：要想實現(xiàn)飛行器在水平面內前后、左右的運動，必須在水平面內對飛行 器施加一定

5、的力。在圖 e 中，增加電機 3 轉速，使拉力增大，相應減小電機 1 轉速，使 拉力減小，同時保持其它兩個電機轉速不變，反扭矩仍然要保持平衡。按圖 b 的理論，飛行器首先發(fā)生一定程度的傾斜，從而使旋翼拉力產生水平分量，因此可以實現(xiàn)飛行器 的前飛運動。向后飛行與向前飛行正好相反。（在圖b圖c中，飛行器在產生俯仰、翻滾運動的同時也會產生沿x、y軸的水平運動。）？（6）傾向運動：在圖f中，由于結構對稱，所以傾向飛行的工作原理與前后運動完全 一樣。？首先聲明本人也是菜鳥，此教程就是從一個菜鳥的角度來講解，現(xiàn)在論壇上的帖子都突 然冒很多名詞出來，又不成體系，我自己開始學的時候往往一頭霧水，相信很多新手也

6、 一樣。所以在這個帖子里面，我都會把自己遇到的疑惑逐一講解?！靖攀觥?、diy四軸需要準備什么零件無刷電機（4個）電子調速器（簡稱電調，4個，常見有好盈、中特威、新西達等品牌）螺旋槳（4個，需要2個正漿，2個反漿）飛行控制板（常見有KK FF、玉兔等品牌）電池（11.1v航模動力 電池）遙控器（最低四通道遙控器）機架（非必選）充電器（盡量選擇平衡充電器）2、四軸零件之間的接線與簡單說明4個電調的正負極需要并聯(lián)（紅色連一起，黑色連1 一起），并接到電池的正負極上；電調3根黑色的電機控制線，連接電機；電調有個BEC輸出，用于輸出5v的電壓，給飛行控制板供電，和接收飛行控制板的控制 信號；遙控接收器

7、連接在飛行控制器上，輸出遙控信號，并同時從飛行控制板上得到5v供電;【基本原理與名詞解釋】1、遙控器篇 什么是通道？通道就是可以遙控器控制的動作路數(shù)，比如遙控器只能控制四軸上下飛，那么就是1個通道。但四軸在控制過程中需要控制的動作路數(shù)有：上下、左右、前后、旋轉 所以最低得4通道遙控器。如果想以后玩航拍這些就需要更多通道的遙控器了。?什么是日本手、美國手？遙控器上油門的位置在右邊是日本手、在左邊是美國手，所謂遙控器油門，在四軸飛行 器當中控制供電電流大小，電流大，電動機轉得快，飛得高、力量大。反之同理。判斷 遙控器的油門很簡單，遙控器2個搖桿當中，上下板動后不自動回到中間的那個就是油 門搖桿。2

8、、飛行控制板篇一般簡稱飛控就是這個東西了。飛控的用途？如果沒有飛控板，四軸飛行器就會因為安裝、外界干擾、零件之間的不一致型等原因形 成飛行力量不平衡，后果就是左右、上下的胡亂翻滾，根本無法飛行，飛控板的作用就 是通過飛控板上的陀螺儀，對四軸飛行狀態(tài)進行快速調整（都是瞬間的事，不要妄想用 人肉完成），如發(fā)現(xiàn)右邊力量大，向左傾斜，那么就減弱右邊電流輸出，電機變慢，升 力變小，自然就不再向左傾斜。什么是x模式和+模式？飛行方向（+摸式）購買飛控的時候老板都要問這個問題，刷買什么模式的，以上就是區(qū)別。X模式要難飛一點，但動作更靈活。+ 模式要好飛一點，動作靈活差一點，所以適合初學 者。特別注意，x模式

9、和+ 模式的飛控安裝是不同的（我只有kk飛控板，所以只能講kk飛控） 如果飛控板安裝錯誤，會劇烈的晃動，根本無法飛。QuadCopterXCopter選什么飛控好？個人意見初學的先來個kk飛控吧，最便宜，嘗個鮮夠用了。電調篇為什么需要電調？電調的作用就是將飛控板的控制信號，轉變?yōu)殡娏鞯拇笮?，以控制電機的轉速。因為電機的電流是很大的，通常每個電機正常工作時，平均有3a左右的電流，如果沒有電調的存在，飛控板根本無法承受這樣大的電流（另外也沒驅動無刷電機的功能）。同時電調在四軸當中還充當了電壓變化器的作用，將11.1v的電壓變?yōu)?v為飛控板和遙控器供電。買多大的電調？電調都會標上多少A,如20a，4

10、0a這個數(shù)字就是電調能夠提供的電流。大電流的電調可 以兼容用在小電流的地方。小電流電調不能超標使用。根據(jù)我簡單測試，常見新西達 2212加1045漿最大電機電流有可能達到了 5a,為了保險 起見，建議這樣配置用30a或40a電調（大家用20a電調的也多），說買大一點，以后 還可以用到其他地方去。四軸專用電調是什么意思？因為四軸飛行要求，電調快速響應，而電調有快速響應和慢速響應的區(qū)別，所以四軸需 要快速響應的電調。其實大多數(shù)常見電調是可以編程的，能通過編程來設置響應速度。所以其實并沒有什么 專用一說。電調編程什么意思？首先要說明電調是有很多功能模式的，選擇這個功能就是對電調編程。編程的途徑可以直

11、接將電調連接至遙控接收機的油門輸出通道（通常是3通道），按說明書，在遙控器上通過搬動搖桿進行設置，這個方法比較麻煩，但節(jié)約。另外，還可以 通過廠家的編程卡來進行設置（需要單獨購買），方法簡單，無需接遙控器。為了保險，一定要將購買的電調設置一致，否則容易難于控制。如：電調的啟動模式不 一樣，那么有些都轉很快了，有些還很慢，這就有問題了。注：通過遙控器進行設置電調，一定要接上電機，因為說明書上說的“滴滴”類的聲音， 是通過電機發(fā)出來的。我開始就是因為沒有接電機，還疑惑怎么沒聲音，以為壞了。無刷電機與螺旋槳篇電機分為有刷電機和無刷電機，不要買錯了，無刷是四軸的主流。它力氣大，耐用。 電機的型號含義？

12、經?？慈苏f什么2212電機，2018電機等等，到底是什么意思呢？這其實電機的尺寸。 不管什么牌子的電機，具體都要對應 4位這類數(shù)字，其中前面2位是電機轉子的直徑， 后面2位是電機轉子的咼度。注意，不是外殼哦。簡單來說，前面2位越大，電機越肥，后面2位越大，電機越高。 又高又大的電機，功 率就更大，適合做大四軸。通常2212電機是最常見的配置了。什么是電機 kv 值？每個無刷電機都會標準多少kv值，這個kv是外加1v電壓對應的每分鐘空轉轉速，例如: 1000kv電機，外加1v電壓，電機空轉時每分鐘轉1000轉，外加2v電壓，電機空轉就 2000轉了。槳的型號含義？同電機類似，槳也有啥1 045,

13、7040這些4位數(shù)字，前面2位代表槳的直徑（單位:英寸 1 英寸=254毫米）后面 2位是槳的角度。什么是正反槳，為什么需要它？ 四軸飛行為了抵消螺旋槳的自旋，相隔的槳旋轉方向是不一樣的，所以需要正反槳。正 反槳的風都向下吹。 適合順時針旋轉的叫正漿、 適合逆時針旋轉的是反漿。 安裝的時候， 一定記得無論正反槳， 有字的一面是向上的 （槳葉圓潤的一面要和電機旋轉方向一致） 。電機與螺旋槳的搭配 這是非常復雜的問題，我自己也在研究當中，所以建議采用大家常見的配置吧，但原理 這里可以闡述一下。螺旋槳越大，升力就越大，但對應需要更大的力量來驅動； 螺旋槳轉速越高，升力越大；電機的 kv 越小，轉動力

14、量就越大；綜上所述，大螺旋槳就需要用低 kv電機，小螺旋槳就需要高kv電機（因為需要用轉速 來彌補升力不足）如果高 kv 帶大槳，力量不夠，那么就很困難，實際還是低俗運轉，電機和電調很容易燒 掉。如果低 kv 帶小槳，完全沒有問題，但升力不夠，可能造成無法起飛。例如:常用 1000kv 電機，配 10寸左右的槳。電池和充電器篇為什么要選鋰電池？同樣電池容量鋰電最輕，起飛效率最高。電池的多少mah時什么意思？表示電池容量，如1000mah電池，如果以1000ma放電，可持續(xù)放電1小時。如果以500mh 放電，可以持續(xù)放電 2小時。電池后面的 2s， 3s， 4s 什么意思？代表鋰電池的節(jié)數(shù)，鋰電

15、池1節(jié)標準電壓為3.7v，那么2s電池，就是代表有2個3.7v 電池在里面，電壓為 7.4v。電池后面多少 c 是什么意思？ 代表電池放電能力，這是普通鋰電池和動力鋰電池最重要區(qū)別，動力鋰電池需要很大電 流放電，這個放電能力就是C來表示的。如1000maht池標準為5c,那么用5x1000mah得出電池可以以5000mh的電流強度放電。這很重要，如果用低c的電池，大電流放電，電池會迅速損壞，甚至自燃。多少 c 快充是什么意思？這個與上面的c 一樣，只是將放電變成了充電，如 lOOOmah電池，2c快充，就代表可以 用2000ma的電流來充電。所以千萬不要圖快冒然用大電流，超過規(guī)定參數(shù)充電，電池

16、很 容易損壞。怎么配電池？ 這與選擇的電機、螺旋槳，想要的飛行時間相關。容量越大， c 越高， s 越多，電池越重； 基本原理是用大槳，因為整體搭配下來功率高，自身升力大，為了保證可玩時間，可選 高容量，高 c， 3s 以上電池。最低建議 1500mah， 20c， 3s。小四軸， 因為自身升力有限， 整體功率也不高， 就可以考慮小容量， 小 c， 3s 以下電池 （沒玩過，不做建議） 平衡充電什么意思如 3s 電池，內部是 3 個鋰電池，因為制造工藝原因，沒辦法保證每個電池完全一致，充 電放電特性都有差異，電池串聯(lián)的情況下，就容易照常某些放電過度或充電過度，充電 不飽滿等， 所以解決辦法是分

17、別對內部單節(jié)電池充電。 動力鋰電都有 2組線， 1 組是輸出 線（2根）， 1 組是單節(jié)鋰電引出線 （與 s 數(shù)有關） ，充電時按說明書， 都插入充電器內， 就可以進行平衡充電了。機架篇機架的軸長短有沒有規(guī)定？理論上講，只要 4 個螺旋槳不打架就可以了，但要考慮到，螺旋槳之間因為旋轉產生的 亂流互相影響，建議還是不要太近，否則影響效率。 這也是為什么四軸用 2葉螺旋槳比 用 3 葉螺旋槳多的原因之一（ 3 葉的還有個缺點，平衡不好做）【實戰(zhàn)調試】 安裝好四軸以后是需要做一些準備工作的，這里以我用過的 kk 飛控為例Kk飛控的連接飛控解鎖飛控接上電不是馬上可以起飛的，這是安全設計，所以需要解鎖。

18、（飛控設置略，很多攻略了）通上電，飛控板上的燈是不亮的，只有電調發(fā)出的滴滴聲，將油門打到最低（注意油門 方向，需要實現(xiàn)確定是設置的向上為最低，還是向下為最低），然后方向舵向右板到底， 飛控板的燈就會亮，電調也不會再繼續(xù)發(fā)聲，說明準備好起飛了。螺旋槳的安裝調試完畢，最后安裝螺旋槳，安裝好后，第一件事是拿手上，輕加油門，看看是否風都 往下吹，電機的旋轉是否是正轉和反轉間隔的。如果劇烈抖動，并且升力很小，就應該是正反漿沒有安裝對。交換一下。如果旋轉方向不是間隔的，就需要將電調和電機的連接線1和3，交換一下，進行旋轉方向校正。次序為，先方向，后螺旋槳。注意電池過放電調是可以設置電池低壓保護的，但盡量不要等電調保護的時候才充電，這樣可以延長 使用壽命。我怎么知道能正常起飛？一