多旋翼飛行器簡介課件

多旋翼無人飛行器入門與實踐多旋翼無人飛行器入門與實踐1基礎(chǔ)知識篇基礎(chǔ)知識篇2第一章無人飛行器概述第一章無人飛行器概述3無人飛行器發(fā)展簡史無人飛行器發(fā)展簡史41910年，在萊特兄弟所取得的成功的鼓舞下，來自俄亥俄州的年輕軍事工程師查爾斯?科特林建議使用沒有人駕駛的飛行器：用鐘表機械裝置控制飛機，使其在預(yù)定地點拋掉機翼并象炸彈一樣落向敵人。在美國陸軍的支持和資助下，他制成并試驗了幾個模型，取名為“科特林空中魚雷”、“科特林蟲子”。1933年，英國研制出了第一架可復(fù)用無人駕駛飛行器——“蜂王”。使用3架經(jīng)修復(fù)的“小仙后”雙翼機進行試驗，從海船上對其進行無線電遙控，其中2架失事，但第三架試飛成功，使英國成為第一個研制并試飛成功無線電遙控靶機的國家。無人飛行器發(fā)展簡史1910年，在萊特兄弟所取得的成功的鼓5德國科學(xué)家領(lǐng)先時代數(shù)十年。實際上直到80年代底以前，世界上每一種研制成功的無人機都是以V-1巡航導(dǎo)彈或“?？?沃爾夫”（Fw189）飛機的構(gòu)造思想為基礎(chǔ)。無人飛行器發(fā)展簡史德國“V-1”導(dǎo)彈德國科學(xué)家領(lǐng)先時代數(shù)十年。實際上直到6二戰(zhàn)期間，美國海軍首先將無人機作為空面武器使用。1944年，美國海軍為了對德國潛艇基地進行打擊，使用了由B-17轟炸機改裝的遙控艦載機。美國特里達因?瑞安公司生產(chǎn)的“火蜂”系列無人機是當(dāng)時設(shè)計獨一無二、產(chǎn)量最大的無人機。1948-1995年，該系列無人機產(chǎn)生多種變型：無人靶機（亞音速和超音速），無人偵察機，無人電子對抗機，無人攻擊機，多用途無人機等。美國空軍、陸軍和海軍多年來一直在使用以BQM-34А“火蜂”靶機為原型研制的多型無人機。無人飛行器發(fā)展簡史美國“火蜂”無人機二戰(zhàn)期間，美國海軍首先將無人機作為空7上世紀(jì)70-90年代及其以后，以色列軍事專家、科學(xué)家和設(shè)計師對無人駕駛技術(shù)裝備的發(fā)展做出了突出貢獻，并使以色列在世界無人駕駛系統(tǒng)的研制和作戰(zhàn)使用領(lǐng)域占有重要地位。無人飛行器發(fā)展簡史以色列“偵察兵”無人機上世紀(jì)70-90年代及其以后，以色列8

全世界都在造無人機！80—90年代，除了美國和以色列外，其他國家的許多飛機制造公司也在從事無人機的研制與生產(chǎn)。西方國家中在無人機研制與生產(chǎn)領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)先位置的是美國。今天，美軍有用于各指揮層次––從高級司令部到營、連長的全系列無人偵察機。許多無人機可以攜帶制導(dǎo)武器（炸彈、導(dǎo)彈）、目標(biāo)指示和火力校射裝置。最著名的是“捕食者”可復(fù)用無人機，世界上最大的無人機––“全球鷹”，“影子-200”低空無人機，“掃描鷹”小型無人機，“火力偵察兵”無人直升機。無人飛行器發(fā)展簡史全世界都在造無人機！無人飛行器發(fā)展簡史9無人飛行器發(fā)展簡史美國“全球鷹”無人機美國“捕食者”無人機美國“影子200”無人機美國“掃描鷹”無人機美國“火力偵察兵”無人直升機無人飛行器發(fā)展簡史美國“全球鷹”無人機美國“捕食者”無人機美10多旋翼無人飛行器發(fā)展簡史多旋翼無人飛行器發(fā)展簡史11多旋翼飛行器作為無線電遙控的一種類型，歷史尚淺。1、理論開創(chuàng)階段多旋翼無人飛行器理論開創(chuàng)于上世紀(jì)10年代，直升機研發(fā)之前。幾家主要飛機生產(chǎn)商開發(fā)出的在多個螺旋槳中搭乘飛行員的機型。這種設(shè)計開創(chuàng)了多旋翼飛行器的理論。2、加速發(fā)展階段2007年以后，裝配高性能壓電陶瓷陀螺儀和角速度傳感器（六軸陀螺儀）的多旋翼無人飛行器開始出現(xiàn)加速發(fā)展。多旋翼無人飛行器發(fā)展簡史多旋翼飛行器作為無線電遙控的一種類型，歷史尚淺。多旋翼無人飛123、未來發(fā)展階段。伴隨著飛行器技術(shù)的進步，多旋翼無人飛行器使用者會急劇增加。這樣一來，事故和故障也會相應(yīng)增加，甚至?xí)l(fā)展成社會問題。今后不僅是制造商和商店一級，協(xié)會和主管部門面向多旋翼無人飛行器的飛行會和培訓(xùn)班也會增加。多旋翼無人飛行器發(fā)展簡史多旋翼無人飛行器3、未來發(fā)展階段。多旋翼無人飛行器發(fā)展簡史多旋翼無人飛行器13無人飛行器的優(yōu)缺點無人飛行器的優(yōu)缺點14優(yōu)點避免犧牲空勤人員，因為飛機上不需要飛行人員，所以最大可能地保障了人的生命安全。無人機尺寸相對較小，設(shè)計時不受駕駛員生理條件限制，可以有很大的工作強度，不需要人員生存保障系統(tǒng)和應(yīng)急救生系統(tǒng)等，大大地減輕了飛機重量。制造成本與壽命周期費用低，沒有昂貴的訓(xùn)練費用和維護費用，機體使用壽命長，檢修和維護簡單。無人機的技術(shù)優(yōu)勢是能夠定點起飛，降落，對起降場地的條件要求不高，可以通過無線電遙控或通過機載計算機實現(xiàn)遠程遙控。無人飛行器的優(yōu)缺點優(yōu)點無人飛行器的優(yōu)缺點15缺點主要表現(xiàn)在生存力低，在與有較強防空能力的敵人作戰(zhàn)時，無優(yōu)勢可言。無人機速度慢，抗風(fēng)和氣流能力差，在大風(fēng)和亂流的飛行中，飛機易偏離飛行線路，難以保持平穩(wěn)的飛行姿態(tài)。無人機受天氣影響較大，結(jié)冰的飛行高度比過去預(yù)計的要低，在海拔3000-4500m的高度上，連續(xù)飛行10-15min后會使飛機受損。無人機的應(yīng)變能力不強，不能應(yīng)付意外事件，當(dāng)有強信號干擾時，易造成接收機與地面工作站失去聯(lián)系。無人機機械部分也有出現(xiàn)故障的可能，一旦出現(xiàn)電子設(shè)備失靈現(xiàn)象，那對無人機以及機載設(shè)備將是致命的。無人飛行器的優(yōu)缺點缺點無人飛行器的優(yōu)缺點16無人飛行器應(yīng)用領(lǐng)域無人飛行器應(yīng)用領(lǐng)域17無人飛行器的應(yīng)用非常廣泛，可以用于軍事，也可以用于民用和科學(xué)研究。在民用領(lǐng)域，無人飛行器已經(jīng)和即將使用的領(lǐng)域多達40多個，例如影視航拍、農(nóng)業(yè)植保、海上監(jiān)視與救援、環(huán)境保護、電力巡線、漁業(yè)監(jiān)管、消防、城市規(guī)劃與管理、氣象探測、交通監(jiān)管、地圖測繪、國土監(jiān)察等。無人飛行器應(yīng)用領(lǐng)域城市規(guī)劃與管理影視航拍無人飛行器的應(yīng)用非常廣泛，可以用于軍事18無人飛行器應(yīng)用領(lǐng)域地圖測繪農(nóng)業(yè)植保電力巡線消防救援交通監(jiān)管無人飛行器應(yīng)用領(lǐng)域地圖測繪農(nóng)業(yè)植保電力巡線消防救援交通監(jiān)管19無人飛行器的分類無人飛行器的分類20無人飛行器的種類繁多，主要包括飛艇、固定翼無人機、傘翼無人機、撲翼無人機、變翼無人機、旋翼式無人機等。無人飛行器的分類飛艇無人飛行器的種類繁多，主要包括飛艇、21無人飛行器的分類固定翼無人機傘翼無人機撲翼無人機變翼無人機無人飛行器的分類固定翼無人機傘翼無人機撲翼無人機變翼無人機22無人飛行器的分類旋翼式無人機多旋翼旋翼式無人機直升機無人飛行器的分類旋翼式無人機多旋翼旋翼式無人機直升機23多旋翼概述及分類多旋翼概述及分類24多旋翼飛行器也稱為多軸飛行器，是直升機的一種，它通常有3個以上的旋翼。飛行器的機動性通過改變不同旋翼的扭力和轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)。相比傳統(tǒng)的單水平旋翼直升機，它構(gòu)造精簡，易于維護，操作簡便，穩(wěn)定性高且攜帶方便。常見的多旋翼飛行器，如：四旋翼，六旋翼和八旋翼，被廣泛用于影視航拍、安全監(jiān)控、農(nóng)業(yè)植保、電力巡線等領(lǐng)域。多旋翼概述及分類三軸多旋翼多旋翼飛行器也稱為多軸飛行器，是直升25無人飛行器的分類四軸多旋翼八軸多旋翼六軸多旋翼無人飛行器的分類四軸多旋翼八軸多旋翼六軸多旋翼26多旋翼飛行器的構(gòu)造多旋翼飛行器的構(gòu)造27多旋翼飛行器主要由機架、電機、電調(diào)和槳葉組成，為了滿足實際飛行需要，一般還需要配備電池、遙控器及飛行輔助控制系統(tǒng)。多旋翼飛行器的構(gòu)造多旋翼飛行器主要由機架、電機、電調(diào)和28機架機架是指多旋翼飛行器的機身架，是整個飛行系統(tǒng)的飛行載體。一般使用高強度重量輕的材料，例如碳纖維、PA66+30GF等材料。多旋翼飛行器的構(gòu)造風(fēng)火輪F550(PA66+30GF)筋斗云S1000(碳纖維)機架多旋翼飛行器的構(gòu)造風(fēng)火輪F550(PA66+30GF)筋29電機電機是由電動機主體和驅(qū)動器組成，是一種典型的機電一體化產(chǎn)品。在整個飛行系統(tǒng)中，起到提供動力的作用。多旋翼飛行器的構(gòu)造電機多旋翼飛行器的構(gòu)造30電調(diào)

電調(diào)全稱電子調(diào)速器，英文electronicspeedcontroller,簡稱ESC。在整個飛行系統(tǒng)中，電調(diào)主要提供驅(qū)動電機的指令，來控制電機，完成規(guī)定的速度和動作等。多旋翼飛行器的構(gòu)造電調(diào) 多旋翼飛行器的構(gòu)造31槳葉

槳葉是通過自身旋轉(zhuǎn)，將電機轉(zhuǎn)動功率轉(zhuǎn)化為動力的裝置。在整個飛行系統(tǒng)中，槳葉主要起到提供飛行所需的動能。按材質(zhì)一般可分為尼龍槳，碳纖維槳和木槳等。多旋翼飛行器的構(gòu)造尼龍槳碳纖維槳木槳槳葉

多旋翼飛行器的構(gòu)造尼龍槳碳纖維槳木槳32電池電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。在整個飛行系統(tǒng)中，電池作為能源儲備，為整個動力系統(tǒng)和其他電子設(shè)備提供電力來源。目前在多旋翼飛行器上，一般采用普通鋰電池或者智能鋰電池等。多旋翼飛行器的構(gòu)造普通鋰電池智能鋰電池電池多旋翼飛行器的構(gòu)造普通鋰電池智能鋰電池33遙控系統(tǒng)遙控系統(tǒng)由遙控器和接收機組成，是整個飛行系統(tǒng)的無線控制終端。多旋翼飛行器的構(gòu)造遙控器接收機遙控系統(tǒng)多旋翼飛行器的構(gòu)造遙控器接收機34飛行控制系統(tǒng)飛行控制系統(tǒng)集成了高精度的感應(yīng)器元件，主要由陀螺儀（飛行姿態(tài)感知），加速計，角速度計，氣壓計，GPS及指南針模塊（可選配），以及控制電路等部件組成。通過高效的控制算法內(nèi)核，能夠精準(zhǔn)地感應(yīng)并計算出飛行器的飛行姿態(tài)等數(shù)據(jù)，再通過主控制單元實現(xiàn)精準(zhǔn)定位懸停和自主平穩(wěn)飛行。根據(jù)機型的不一樣，可以有不同類型的飛行輔助控制系統(tǒng)，有支持固定翼、多旋翼及直升機的飛行控制系統(tǒng)。多旋翼飛行器的構(gòu)造A2多旋翼飛控NAZA多旋翼飛控ACEONE直升機飛控NAZA-H直升機飛控飛行控制系統(tǒng)多旋翼飛行器的構(gòu)造A2多旋翼飛控NAZA多旋翼飛35多旋翼飛行原理多旋翼飛行原理36多旋翼飛行器是通過調(diào)節(jié)多個電機轉(zhuǎn)速來改變螺旋槳轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)升力的變化，進而達到飛行姿態(tài)控制的目的。多旋翼飛行原理詳解以四旋翼飛行器為例，飛行原理如下圖所示，電機1和電機3逆時針旋轉(zhuǎn)的同時，電機2和電機4順時針旋轉(zhuǎn)，因此飛行器平衡飛行時，陀螺效應(yīng)和空氣動力扭矩效應(yīng)全被抵消。與傳統(tǒng)的直升機相比，四旋翼飛行器的優(yōu)勢：各個旋翼對機身所產(chǎn)生的反扭矩與旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相反，因此當(dāng)電機1和電機3逆時針旋轉(zhuǎn)時，電機2和電機4順時針旋轉(zhuǎn)，可以平衡旋翼對機身的反扭矩。

多旋翼飛行原理多旋翼飛行器是通過調(diào)節(jié)多個電機轉(zhuǎn)速來37一般情況下，多旋翼飛行器可以通過調(diào)節(jié)不同電機的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)4個方向上的運動，分別為：垂直、俯仰、橫滾和偏航。

多旋翼飛行原理一般情況下，多旋翼飛行器可以通過調(diào)節(jié)38垂直運動，即升降控制在圖（a）中，兩對電機轉(zhuǎn)向相反，可以平衡其對機身的反扭矩，當(dāng)同時增加四個電機的輸出功率，旋翼轉(zhuǎn)速增加使得總的拉力增大，當(dāng)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(dāng)外界擾動量為零時，在旋翼產(chǎn)生的升力等于飛行器的自重時，飛行器便保持懸停狀態(tài)。保證四個旋翼轉(zhuǎn)速同步增加或減小是垂直運動的關(guān)鍵。

多旋翼飛行原理垂直運動，即升降控制多旋翼飛行原理39俯仰運動，即前后控制在圖（b）中，電機1的轉(zhuǎn)速上升，電機3的轉(zhuǎn)速下降，電機2、電機4的轉(zhuǎn)速保持不變。為了不因為旋翼轉(zhuǎn)速的改變引起四旋翼飛行器整體扭矩及總拉力改變，旋翼1與旋翼3轉(zhuǎn)速該變量的大小應(yīng)相等。由于旋翼1的升力上升，旋翼3的升力下降，產(chǎn)生的不平衡力矩使機身繞