無人機組裝調(diào)試與檢修 第四章 固定翼無人機系統(tǒng)組裝

無人機組裝調(diào)試與檢修第四章固定翼無人機系統(tǒng)組裝第4章固定翼無人機系統(tǒng)組裝§4.1固定翼無人機概述§4.2固定翼無人機機體平臺的組裝§4.3固定翼無人機動力系統(tǒng)的組裝§4.4固定翼無人機飛控系統(tǒng)的組裝§4.5機載電氣系統(tǒng)的組裝§4.6機載任務載荷設備的組裝4.1固定翼無人機概述§4.1.1固定翼無人機基本結(jié)構(gòu)§4.1.2固定翼無人機術(shù)語

§4.1.3固定翼無人機氣動特點

§4.1.4固定翼無人機控制原理

§4.1.5固定翼無人機組裝步驟

4.1.1固定翼無人機基本結(jié)構(gòu)固定翼無人機是指由動力裝置產(chǎn)生前進的推力或拉力，由機體上固定的機翼產(chǎn)生升力，在大氣層內(nèi)飛行的重于空氣的航空器。固定翼無人機的基本結(jié)構(gòu)，主要由機翼、機身、尾翼、起落裝置和動力裝置五個主要部分組成，如圖4-1所示。機身機身的主要功能是裝載設備、燃料和武器等，同時作為固定翼無人機安裝的基礎(chǔ)，將機翼、尾翼、起落裝置等連成一個整體。機翼機翼的主要功能是產(chǎn)生升力，以支持飛機在空中飛行，同時也起到一定的穩(wěn)定和操作作用。在機翼上一般安裝有副翼和襟翼，操縱副翼可使飛機滾轉(zhuǎn)，放下襟翼可使升力增大。不同用途的飛機其機翼形狀、大小也各有不同。機翼制作的好壞直接影響到飛機的飛行質(zhì)量。機翼上還可安裝發(fā)動機、起落架和油箱等，軍機機翼下面可掛載油箱和武器等附加設備。4.1.1固定翼無人機基本結(jié)構(gòu)尾翼尾翼是用來配平、穩(wěn)定和操縱固定翼飛行器飛行的部件，通常包括垂直尾翼（垂尾）和水平尾翼（平尾）兩部分。水平尾翼水平安裝在機身尾部，由固定的水平安定面和可動的升降舵組成，有的高速飛機將水平安定面和升降舵合為一體成為全動平尾；垂直尾翼垂直安裝在機身尾部，由固定的垂直安定面和可轉(zhuǎn)動的方向舵組成。方向舵用于控制飛機的橫向運動，升降舵用于控制飛機的縱向運動。尾翼的作用是操縱飛機俯仰、偏轉(zhuǎn)，保證飛機的平穩(wěn)飛行。起落裝置起落架一般由支柱、緩沖器、剎車裝置、機輪和收放機構(gòu)組成，作用是起飛、著陸滑跑，地面滑行和停放時支撐飛機。陸上飛機的起落裝置一般由減震支柱和機輪組成，此外還有專供水上飛機起降的帶有浮筒裝置的起落架和雪地起降作用的滑撬式起落架。4.1.1固定翼無人機基本結(jié)構(gòu)動力裝置動力裝置的主要功能是產(chǎn)生拉力（螺旋槳式）或推力（噴氣式），使無人機產(chǎn)生相對空氣的運動。通常由螺旋槳、電子調(diào)速器、發(fā)動機、電源等組成。圖4-1固定翼無人機組成4.1.2固定翼無人機常用術(shù)語翼展：左右機翼(尾翼)翼尖之間的直線距離(穿過機身部分也計算在內(nèi))。機身全長：無人機最前端到最末端的直線距離。重心：無人機各部分重力的合力作用點稱為重心。尾心臂：由重心到水平尾翼前緣四分之一弦長處的距離。翼型：機翼或尾翼的橫剖面形狀。前緣：翼型的最前端。后緣：翼型的最后端。翼弦：前后緣之間的連線。展弦比：翼展與平均翼弦長度的比值，展弦比大說明機翼狹長。迎角：機翼的前進方向和翼弦的夾角，是確定機翼在氣流中姿態(tài)的基準。翼載荷：指整機載荷(質(zhì)量)跟翼面面積的比值。推重比：指飛機動力系統(tǒng)產(chǎn)生的推力跟整機重量的比值。4.1.3固定翼無人機氣動特點一、機翼翼型固定翼無人機常見翼型有全對稱翼、半對稱翼、克拉克Y翼、S型翼和內(nèi)凹翼等。如圖4-2所示。圖4-2常見機翼翼型4.1.3固定翼無人機氣動特點全對稱翼是機翼上下弧線均凸且對稱的。半對稱翼是機翼上下弧線均凸但不對稱的?？死薡翼是機翼下弧線為一直線，其實應叫平凸翼，有很多其他平凸翼型，只是克拉克Y翼最有名，故把這類翼型都叫克拉克Y翼。S型翼是機翼中弧線是一個平躺的S型，這類翼型因攻角改變時，壓力中心不變動，常用于無尾翼機。內(nèi)凹翼是機翼下弧線在翼弦線上，升力系數(shù)大，常見于早期飛機及牽引滑翔機，所有的鳥類除蜂鳥外都是這種翼型。機翼的基本平面形狀有矩形翼、橢圓翼、梯形翼、后掠翼、三角翼等，各種不同平面形狀的機翼，其升力、阻力之所以有差異，與機翼平面形狀的各種參數(shù)有關(guān)。機翼平面形狀的幾何參數(shù)主要有機翼面積、翼展、展弦比和后掠角等。如圖4-3所示。4.1.3固定翼無人機氣動特點機翼面積，指機翼在機翼基本平面上投影面積，用S表示。翼展，在機翼之外剛好與機翼輪廓線接觸，且平行于機翼對稱面(通常是無人機參考面)的兩個平面之間的距離稱為機翼的展長，用L表示。展弦比，機翼翼展的平方與機翼面積之比，或者機翼翼展與機翼平均幾何弦長(機翼面積S除以翼展L)之比，L2/S。后掠角，描述翼面特征線與參考軸線相對位置的夾角。用X表示，通常X0表示前緣后掠角，X0.25表示1/4弦線后掠角，X1.0表示后緣后掠角。后掠角表示機翼各剖面在縱向的相對位置，即表示機翼向后傾斜的程度，后掠角為負表示翼面有前掠角。圖5-3翼型幾何圖4.1.3固定翼無人機氣動特點二、升力和阻力升力機翼在穿越空氣時，會產(chǎn)生一股向上作用的力量，這就是升力。機翼的前進運動，會讓上下翼面所承受的壓力產(chǎn)生輕微的差異，這個上下差異就是升力的來源。由于升力的存在，無人機才能夠維持在空中飛行。圖4-4升力形成圖流體的連續(xù)性定理流體的伯努利定理先認識一下空氣流動特性，通過兩個定理引入：飛機的升力絕大部分由機翼產(chǎn)生，尾翼通常產(chǎn)生負升力，飛機其他部分產(chǎn)生的升力很小，一般不考慮，升力形成圖如圖4-4所示。4.1.3固定翼無人機氣動特點阻力無人機在空氣中飛行會遇到各種阻力,阻力是與飛機運動方向相反的空氣動力,是阻礙飛機前進的,按阻力產(chǎn)生的原因可分為摩擦阻力、壓差阻力、誘導阻力和干擾阻力。摩擦阻力，是由于大氣的黏性而產(chǎn)生的。當氣流以一定速度V流過無人機表面時，由于空氣的黏性作用，空氣微團與無人機表面發(fā)生摩擦，阻滯了氣流的流動，從而產(chǎn)生了摩擦阻力。摩擦阻力的大小取決于空氣的黏性，無人機表面的狀況，附面層中氣流的流動情況和同氣流接觸的無人機表面積的大小?？諝怵ば栽酱?，飛機表面越粗糙，飛機表面積越大，摩擦阻力就越大。減少摩擦阻力，可以減少無人機同空氣的接觸面積。把表面做光滑些，以減少摩擦阻力；選擇升阻比大的翼型，減小氣流相對速度。4.1.3固定翼無人機氣動特點壓差阻力，是由運動著的物體前后所形成的壓強差產(chǎn)生的。飛機的機身、尾翼等部件都會產(chǎn)生壓差阻力。誘導阻力是伴隨著升力而產(chǎn)生的，如果沒有升力，誘導阻力為零。干擾阻力，是無人機各部分之間因氣流相互干擾而產(chǎn)生的一種額外阻力。干擾阻力主要產(chǎn)生在機身和機翼、機身和尾翼、機翼和發(fā)動機短艙、機翼和副油箱之間。影響升力和阻力的因素升力和阻力是無人機在空氣之間的相對運動(相對氣流)中產(chǎn)生的。影響升力和阻力的基本因素有機翼在氣流中的相對位置(迎角)、氣流的速度和空氣密度以及飛機本身的特點。4.1.4固定翼無人機控制原理固定翼飛機通常包括方向、副翼、升降、油門、襟翼等控制舵面，通過舵機改變飛機的翼面，產(chǎn)生相應的扭矩，控制飛機轉(zhuǎn)彎、爬升、俯沖、橫滾等動作。固定翼無人機有兩種不同的控制模式，如下：第一種控制方式是根據(jù)設定好的目標空速。當實際空速高于目標空速時，控制升降舵拉桿，反之推桿；由于空速的高低影響了高度的高低，于是采用油門來控制飛機的高度，當飛行高度高于目標高度時，減小油門，反之增加油門。第二種控制方式是設定好無人機平飛時的迎角。當飛行高度高于或低于目標高度時，在平飛迎角的基礎(chǔ)上根據(jù)高度與目標高度的差設定一個經(jīng)過PID控制器輸出的限制幅度的爬升角，由無人機當前的俯仰角和爬升角的偏差來控制升降舵面，使無人機迅速達到爬升角，盡快消除高度偏差。4.1.5固定翼無人機組裝步驟一般固定翼無人機的組裝步驟及順序如下：組裝機體平臺。通常包括機身、機翼、尾翼、起落架等。組裝動力系統(tǒng)。通常包括電源、螺旋槳、電機、電調(diào)等，用以提供飛機飛行所需的動力。組裝飛控系統(tǒng)。通常包括飛行控制器、GPS、空速計等各種傳感器。組裝電氣系統(tǒng)。通常包括機載電源、電源管理模塊等，為整機提供電源。組裝機載設備。通常包括圖傳系統(tǒng)、云臺系統(tǒng)、光電平臺、SAR雷達、激光測距儀等，用于完成各種任務。一般固定翼無人機產(chǎn)品組裝步驟由其生產(chǎn)單位確定，在不影響飛行性能的前提下，部分組裝順序可適當調(diào)整，并且不同的固定翼無人機產(chǎn)品，其組裝步驟可能會要求兩個或兩個以上的系統(tǒng)并行組裝。對于大型固定翼無人機，一般應參考有人機的裝配要求進行組裝。4.2固定翼無人機機體平臺的組裝§4.2.1大型固定翼無人機的組裝連接§4.2.2中小型固定翼無人的組裝連接

4.2.1大型固定翼無人機的組裝連接固定翼無人機平臺的組裝過程主要包含機翼與機身的連接、尾翼與機身的連接、起落架與機身的連接等。機體各部件由多種材料組成，通過鉚釘、螺栓、螺釘、焊接或膠接等方式聯(lián)接起來。各部分之間的對接原則、對接接頭的位置和數(shù)量取決于機翼的結(jié)構(gòu)受力形式和機翼尺寸。一、機翼與機身的連接機翼通常是由翼梁、桁條、翼肋和蒙皮等構(gòu)件組成。翼梁由緣條和腹板鉚接而成，翼肋鉚結(jié)在翼梁腹板上，桁條鉚接在翼肋上，蒙皮則鉚接在翼梁緣條、翼肋和桁條等構(gòu)件上，如圖4-5所示。機翼表面要保持光滑，零部件采用流線形，前后緣打磨為圓形，翼面平整不要扭曲。圖5-5機翼結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件的連接關(guān)系4.2.1大型固定翼無人機的組裝連接機翼結(jié)構(gòu)中，各種構(gòu)件的基本作用有兩方面：一是形成和保持必需的機翼外形；二是承受外部載荷引起的剪力、彎矩和扭矩。形成機翼外形的基本構(gòu)件是翼肋和蒙皮。翼肋的形狀就是根據(jù)選定的翼型制成的；蒙皮包在整個機翼骨架外面，可以保證機翼外表光滑和形成必要的翼型。圖4-6機翼結(jié)構(gòu)的基本組成構(gòu)件機翼結(jié)構(gòu)中承受剪力、彎矩和扭矩的基本構(gòu)件是翼梁、桁條和蒙皮，如圖4-6所示。4.2.1大型固定翼無人機的組裝連接機翼與機身的連接結(jié)構(gòu)形式與機翼相對機身的位置、機翼受力結(jié)構(gòu)是否穿過機身以及機翼的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)。單翼機在機身上的配置，可分為上單翼、中單翼和下單翼三種型式。圖4-7機翼配置形式從機翼與機身的干擾阻力來看，以中單翼為最小，上單翼次之，下單翼最大。從機身內(nèi)部容積的利用來看，上單翼為最優(yōu)躍。上單翼飛機機翼通過機身的部分骨架，位于機身上部，不影響機身內(nèi)部容積的利用；中單翼的翼梁要橫穿機身中部，對機身內(nèi)容積的利用有一定影響；下單翼飛機機身內(nèi)的可用容積較大，但固定在機身下部的翼梁，會限制安裝在機翼下部部件的尺寸，如圖4-7所示。4.2.1大型固定翼無人機的組裝連接機翼不貫穿機身的連接：對于中翼不貫穿機身的配置情況，機翼與機身的加強框相連一般采用集中接頭對接。集中連接接頭有螺樁式連接接頭、垂直耳片鉸接接頭和齒墊式接頭。機翼貫穿機身的連接：機翼貫穿機身主要指中央翼貫穿機身的結(jié)構(gòu)形式，機翼的對稱彎矩傳入中央翼后在中央翼平衡，機翼上的反對稱彎矩、扭矩和剪力則通過接頭傳給機身。中央翼，全稱中央翼盒，指機翼的中段，主翼就連接在此段上。中央翼與機身的連接形式有翼梁和加強框直接連接形式、翼梁和加強框過渡連接形式和嵌入式連接形式等幾種。翼梁和加強框直接連接形式有緣條直接連接、角盒連接、整體連接等三種形式。翼梁和加強框過渡連接有通過中、外翼匯交處的雙叉耳接頭和加強框連接，翼梁與加強框通過過渡接頭連為一體，翼梁下緣條與加強框連接等。4.2.1大型固定翼無人機的組裝連接在大型無人機上，中翼和機身結(jié)為一個整體，并連接發(fā)動機短艙及起落架。中央翼盒是連接左、右機翼成為完整機翼的盒形結(jié)構(gòu)件，位于機身內(nèi)，主要實現(xiàn)以下功能。作為左、右機翼的連接盒段,承受左、右機翼傳來的升力、彎矩、扭矩等載荷；作為機翼與機身的連接盒段，與機身載荷相平衡；作為油箱使用。4.2.1大型固定翼無人機的組裝連接二、尾翼與機身的連接多數(shù)無人機的尾翼設計包括尾錐、安定面和操縱面。安定面包括水平安定面和垂直安定面。操縱面包括方向艙和升降舵。尾翼結(jié)構(gòu)一般由梁肋、桁條和蒙皮組成，尾翼承受的應力與機翼相似。由氣動載荷引起的彎矩、扭矩和剪力，從一個構(gòu)件傳到另一個構(gòu)件。每個構(gòu)件分擔一部分應力，把剩余的傳給其他構(gòu)件，最終傳給翼梁，翼梁再把它傳到機身結(jié)構(gòu)。早期無人機的水平安定面是不能運動的，現(xiàn)代無人機多采用可變安裝角的水平安定面，可通過改變水平安定面的安裝角，來達到縱向配平的目的。尾翼具有保持飛機縱向平衡、保持飛機縱向和方向安定性、實現(xiàn)飛機縱向和方向操縱等功能。4.2.1大型固定翼無人機的組裝連接尾翼與機身的連接方式如下：

無人機垂直安定面與機身的連接。前梁和后梁下部的接頭分別與機身尾段兩個加強隔框橫梁上的接頭用螺栓固定連接。無人機的全動平尾與機身的連接。主梁上的接頭與固定在機身尾部隔框上的支架鉸接。配重的作用是把平尾的重心前移到鉸鏈軸線上，防止飛行中舵面在氣流激勵下發(fā)生顫振。平尾按相對于機翼的上下位置不同，大致分為高平尾、中平尾、低平尾。4.2.1大型固定翼無人機的組裝連接三、無人機起落架與機身的連接無人機起落架有三個大類：前三點、后三點和多點式。后三點又分為：后三點輪式和后三點滑撬式。方向性最好的是前三點。起落架通常固定在機身加強框和（或）縱梁上，可以采用起落架艙，一般由垂直腹板、水平加強板和兩端的加強框形成，起落架支點的開口周圍用加強構(gòu)件加強，如圖4-8所示。圖4-8起落架4.2.2中小型固定翼無人機的組裝連接一、連接方式中小型固定翼無人機及航模，機翼與機身的連接形式主要有螺栓連接、卡扣連接，插銷連接、橡皮筋捆綁、粘膠連接等。螺栓連接螺栓連接，是無人機組裝中最常用的一種連接方式，裝拆方便，利于檢修，可以增加預緊力防止松動，不會引起連接處材料成分相變。螺栓連接主要應用于機翼與機身的連接、尾翼與機身的連接、起落架與機身的連接，經(jīng)常與其他連接方式配合使用。機翼與機身可采用直接螺栓連接，也可采用插銷連接和螺栓連接相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，如圖4-9所示。圖4-9插銷與螺栓連接4.2.2中小型固定翼無人機的組裝連接圖4-10橡皮筋捆綁連接卡扣連接卡扣連接用于一個零件與另一零件的嵌入連接或整體閉鎖的機構(gòu)，通常用于塑料件的連接，材料通常由具有一定柔韌性的塑料材料構(gòu)成?？圻B接最大的特點是安裝拆卸方便，可以做到免工具拆卸，一般來說，卡扣連接需要與其他連接方式配合使用，該連接方式較穩(wěn)定。橡皮筋捆綁橡皮筋捆綁是指用橡皮筋采用捆綁方式將機翼與機身連接并固定在一起，如圖4-10所示。此方式常在輕微型無人機上應用，具有組裝簡便、拆裝容易、重量輕等特點，但是在飛行中易損壞，且一旦損壞必須更換，無法修復。4.2.2中小型固定翼無人機的組裝連接黏膠連接粘膠連接是指直接用合適的粘膠，將無人機的相關(guān)部件粘接在一起的方式。該方式比較方便、價格便宜。用此種方法無人機穩(wěn)定性差，易損壞，受溫度影響較大，炎熱天氣下膠水易化開，導致模型不牢固而影響使用。4.2.2中小型固定翼無人機的組裝連接二、組裝要點（1）機翼組裝輕微型固定翼無人機的機翼組裝一般分為左、右兩部分連接，尾翼的組裝方式與機翼類似。機翼連接方式應符合要求，粘接、螺接等都應保證牢固可靠不松動；安裝后機翼的安裝角、上反角及后掠角等應符合要求，一般安裝上反角加強片或支撐桿等，強度應足夠承擔飛行時的機翼載荷，安裝后機翼的合縫處與機身縱軸線重合或機翼沿縱軸線對稱。機翼安裝角如圖4-11所示。圖4-11機翼安裝角4.2.2中小型固定翼無人機的組裝連接（2）機翼組裝尾翼組裝分為分離式和一體式。安裝完成前，應檢查尾翼的安裝角，先將尾翼插進到機身槽口，仔細檢查尾翼的安裝角度是否準確。從俯視的角度檢查水平尾翼是否左右對稱，從后視的角度檢查垂直尾翼是否垂直于機身和水平尾翼。尾翼調(diào)整示意圖如圖4-12所示。圖4-12尾翼調(diào)整示意圖（3）起落架組裝起落架組裝主要按照說明書要求安裝在規(guī)定的位置，例如某無人機采用后三點式起落架安裝，前兩輪的用壓片緊固在機身上，起落架后輪應安裝在中立位置。圖4-13起落架組裝圖4.3固定翼無人機動力系統(tǒng)的組裝§4.3.1動力系統(tǒng)配置原則§4.3.2電動動力系統(tǒng)組裝

§4.3.3油動動力系統(tǒng)組裝

4.3.1動力系統(tǒng)配置原則一、機型選擇選擇什么樣的機型？慢慢的飛行需要高難度動作想體驗速度的沖擊感區(qū)別在于飛機翼載荷的大小總體來說，要求機動性好、起飛著陸速度小的飛機，通常采用較小的翼載荷；而要求速度高的飛機則采用大翼載荷。4.3.1動力系統(tǒng)配置原則新手練習一般選擇翼載荷小、飛行速度慢、容易操控的“初級練習機”。一般采用較厚的“平凸翼型”，使飛機在較低的速度下就能產(chǎn)生較大的升力。還具有較高的機翼位置，通常采用帶有上反角的上單翼布局，其重心位置較低，飛機會在重力的作用下自然趨于平衡。要體驗大動作、高機動的特技飛行，需要用到“特技機”。特技機的翼載荷相對略大；舵面一般較大，在舵面動作時可以使飛機獲得較高的機動性；一般采用中單翼，使機翼安裝位置距重心較近；飛機進行較大的動作，甚至翻轉(zhuǎn)飛行。4.3.1動力系統(tǒng)配置原則二、動力系統(tǒng)配置根據(jù)機型類別確定飛機所需的推力大小。前文提到，不同類型飛機的翼載荷不同，推動它們飛行所需的推重比也不同。推重比是飛機動力系統(tǒng)產(chǎn)生的最大推力與飛機重量的比值。對于初級練習機，其推重比一般在0.7~0.9左右，也就是說對于1kg的飛機，只需要700~900g的推力就能夠讓起飛。而對于特技機，其推重比一般要達到1以上，才能夠做出各種特技動作。因此，在概略估算無人機總重量后，可以根據(jù)機型所對應的推重比需求，來計算滿足飛行要求的推力。根據(jù)飛機所需的推力大小選擇合適的電機和螺旋槳組合。電機和螺旋槳是推力的直接產(chǎn)生部件。按照電機性能參數(shù)列表，參考搭配不同尺寸的螺旋槳所產(chǎn)生的推力數(shù)據(jù)，根據(jù)無人機的推力需求進行選擇。同時，還要考慮無人機的飛行速度，一般情況下，低速飛行的飛機采用“低轉(zhuǎn)速電機+大槳”組合，而高速飛行的飛機采用“高轉(zhuǎn)速電機+小槳”組合。4.3.1動力系統(tǒng)配置原則電機和螺旋槳組合確定之后，根據(jù)電機的最大額定電流選擇電調(diào)。對于特定的電機和螺旋槳組合，根據(jù)生產(chǎn)廠商給出的實測數(shù)據(jù)可以得知電機的最大額定電流。所選的電調(diào)一定要大于電機的最大額定電流才能保證電機的正常運轉(zhuǎn)。通常情況下，還需要考慮到瞬時最大電流以及散熱條件的影響。電池選擇。電池所能提供的瞬時電流需要能夠滿足飛機的各種飛行需要，包括起飛、降落、平飛、大幅度動作等。因此必須要有能力提供足夠大的電流才行，即電池的最大放電電流要大于動力系統(tǒng)的額定電流。當然，電池一般比較重，還要根據(jù)估算的飛機總重量減去已確定的其他部件的重量，才能最終確定電池的選擇。4.3.1動力系統(tǒng)配置原則三、配平要求無人機的配平對飛行性能影響很大，在選配和安裝動力系統(tǒng)時，要格外注意無人機的配平。配平是指平衡作用在飛機上的力矩，作用是調(diào)整重心的前后位置。一般在選擇零部件初期和進行改裝、動力升級的時候，都應大致估算動力系統(tǒng)的總重，規(guī)劃各部件的安裝位置，使重心處于設計的中心位置。當電動動力系統(tǒng)的重量占無人機總重的比例較大時，應盡可能通過移動電池的方法調(diào)整無人機的重心位置，做到“零配重”或小配重。如果發(fā)生受空間限制無法配平或需較大重量配重的情況，則應考慮更改動力系統(tǒng)的配置，或修改無人機的總體布局設計。4.3.2電動動力系統(tǒng)組裝一、電動系統(tǒng)的組成固定翼無人機的電動系統(tǒng)由螺旋槳、電動機、電調(diào)、電池組成。各部分的詳細介紹見“3.3.1”節(jié)。二、選配要求（1）選配流程根據(jù)估算的翼載荷和推重比，得出動力系統(tǒng)應提供的拉力大小，進而選出合適級別的電機和螺旋槳組合。依據(jù)所選電機的最大額定電流，選擇所需電調(diào)，電調(diào)的標稱電流應大于電路最大額定電流。參照電路的穩(wěn)定電流，并根據(jù)整機的重量要求，選擇一塊合適的動力電池。（2）選配原則在遵循配置原則的基礎(chǔ)上，中型及以下固定翼無人機采用電動系統(tǒng)時，可以參考一些經(jīng)驗數(shù)據(jù)，如表4-1所示。4.3.2動力動力系統(tǒng)組裝螺旋槳的選擇由于螺旋槳的拉力受直徑、槳葉面積的影響，因此在其他條件允許的情況下，可盡量選擇大直徑的螺旋槳。常見型號22102812352040205050KV值1000～2500700～2000500～1500400～1000300～600螺旋槳直徑/in6～109～1211～1413～1514～16最大轉(zhuǎn)速范圍/r·min7000～10000600～90005000～8000400～1000300～600最大電流/A1015-2025-4535-7050-85電池規(guī)格電池型號/s2s3s3s/4s3s/4s5s/6s電池容量/mA·h800/1300130022004400大于5000拉力范圍/kg0.3～0.80.8～1.51.5～2.52.0～3.02.5～3.5表4-1電機參數(shù)表4.3.2動力動力系統(tǒng)組裝電機的選擇選擇電動機種類的原則是在滿足機械技術(shù)性能的前提下，優(yōu)先選用結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、價格便宜、維修方便的電動機。根據(jù)要拖動的機械功率選擇電動機的功率：在功率一定時，電動機的額定轉(zhuǎn)速越高，其體積越小，重量越輕，價格越低，

運行的效率越高，電動機的飛輪矩就越小，因此選用高速電動機較為經(jīng)濟。再根據(jù)電動機的功率選擇電壓；轉(zhuǎn)速根據(jù)機械設備和裝置要求進行選擇；考慮散熱能力、電流、功率等參數(shù)相同的情況下，大直徑、小長度的電機往往比小直徑、大長度的電機具備更好的散熱能力；絕緣等級的選擇要考慮工作環(huán)境和負載特性。電調(diào)的選擇電子調(diào)速器的額定電流應與電機的工作電流一致，其標稱電流應大于或等于電路的最大額定電流。4.3.2動力動力系統(tǒng)組裝電池的選擇電池的重量占動力系統(tǒng)總重的比例最大，對翼載荷、推重比等參數(shù)影響較大，因此選配時需要仔細權(quán)衡。電池為整架飛機提供能量，電池的選擇參數(shù)有容量、電壓、放電倍率。容量要根據(jù)飛機的大小和重心的位置來選擇。舵機選型在固定翼無人機中，無人機的飛行姿態(tài)是通過調(diào)節(jié)發(fā)動機和控制各個舵面來實現(xiàn)的。舵機主要由舵盤、減速齒輪組、電位器、直流電機和控制電路等組成，如圖4-14所示。舵機對外連接信號及線序如圖4-15所示，一般采用3PIN杜邦頭進行連接。舵機按照工作電壓分為普通電壓舵機(4.8~6V)和高壓舵機HVSERVO(6~7.4V，9.4~12V)；按照是否防水分為全防水舵機和普通舵機；按照舵機的工作信號分為模擬舵機和數(shù)字舵機。4.3.2動力動力系統(tǒng)組裝圖4-14舵機組成圖圖4-15舵機接線圖舵機的技術(shù)參數(shù)主要有轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、電壓、尺寸、重量、材料齒輪介質(zhì)、工作模式等，在做舵機的選型時要對以上幾個方面進行綜合考慮。某舵機的技術(shù)參數(shù)如表4-2所示。4.3.2動力動力系統(tǒng)組裝參數(shù)名稱數(shù)值參數(shù)名稱數(shù)值最大脈寬900～2100us電機型號無刷電機舵機角度120o電位器類型日本nobie220o電機空心杯電機芯片類型數(shù)字芯片重量59g齒輪組材質(zhì)鋁合金軸承3BB線長（330±5）mm輸出齒25T線徑0.3mm2連接線256mm線芯數(shù)量60死區(qū)1μs電壓4.8V6.0V7.4V速度（轉(zhuǎn)角60o需要的時間）0.12s0.10s0.1s扭力25.2kg·cm28kg·cm32.3kg·cm快速持續(xù)工作電流600mA700mA800mA堵轉(zhuǎn)電流2500mA2800mA3000mA表4-2某舵機技術(shù)參數(shù)舵機選擇需要在計算所需扭矩和速度、確定使用電壓的條件下,選擇有150%左右甚至更大扭矩富余的舵機。4.3.2動力動力系統(tǒng)組裝三、組裝要求（1）電機安裝電機安裝時需要重點關(guān)注的內(nèi)容包括電機安裝角、反扭力、修正反扭力、下拉角以及重點注意事項。電機安裝角電機安裝角的設定關(guān)系到無人機的飛行穩(wěn)定性，安裝角如圖4-16所示。拉力線指固定翼無人機的發(fā)動機/電機（帶動螺旋槳）產(chǎn)生拉力/推力的軸線。拉力線與無人機的機身軸線的夾角，就是電機安裝角，一般是指右拉角和下拉角，分別是為了克服反扭力和過多的升力。相對與機身軸線來說，電機軸線無人機前進方向的右前方延伸角度是右拉角，向前下方延伸的角度是下拉角。4.3.2動力動力系統(tǒng)組裝圖4-16電機安裝角4.3.2動力動力系統(tǒng)組裝電機安裝角在組裝時可根據(jù)具體需要對下拉角進行調(diào)節(jié)，下拉角的作用力線應該盡量靠近飛機重心，但不一定穿過。當推力線高于重心，給予飛機沉頭的力；當推力線低于重心，給予飛機抬頭的力。為了方便對無人機進行控制，下拉角根據(jù)具體需要進行調(diào)節(jié)，一般是希望飛行中可以有較小的抬頭為佳。電機安裝時帶有適當下拉角可以克服過多的升力。飛機升力產(chǎn)生于機翼翼型，升力過大會使飛機在飛行中不斷抬頭上升，易導致失速墜機；下拉角則可以消去多余的升力，使無人機平穩(wěn)飛行。反扭力電機帶動螺旋槳轉(zhuǎn)動產(chǎn)生推力，給飛機一個向前的力，同時會對飛機產(chǎn)生一個逆向旋轉(zhuǎn)的反扭力。反扭力不是固定的值，是隨著電機轉(zhuǎn)速變化而變化的，轉(zhuǎn)速越快其反扭力越大。升力也不是固定的值，是隨著飛機速度變化而變化的，速度越快升力越大。4.3.2動力動力系統(tǒng)組裝修正反扭力以前拉機型(電機在機頭)為例，通常情況下，螺旋槳是逆時針旋轉(zhuǎn)的，對機身的反扭力就是順時針方向的。反扭力會使飛機飛行過程中不斷向左橫滾偏轉(zhuǎn)，最后會失去升力而墜機。要修正反扭力，就要調(diào)整右拉角，一般情況是2°~3°左右。電機安裝角注意事項當遇到前拉機型飛機在飛行過程中不斷右偏轉(zhuǎn)彎時，應在確定所有舵面都在原位的情況下，調(diào)整右拉角，右偏是因為右拉角度太大，給右則機翼壓力太大，應減少右拉角度；當遇到前拉機型飛機起飛沉頭，嘗試加大油門起飛反而更快沉頭時，應先確保飛機重心與設計重心一致，所有舵面在原位，如果情況依舊，則可能因為下拉角度太大，需減少下拉角度。4.3.2動力動力系統(tǒng)組裝（2）電調(diào)安裝電子調(diào)速器的連接方法是將調(diào)速器的三芯插頭(即信號插頭)直接插入接收機的油門通道，將電調(diào)的輸入線與電池連接、電調(diào)的輸出線(有刷兩根、無刷三根)與電機連接、電調(diào)的信號線與接收機連接。電調(diào)一般有電源輸出功能，即在信號線的正負極之間，有5V左右的電壓輸出，通過信號線可為接收機供電，接收機再為舵機等控制設備供電。電調(diào)的輸出可以為3~4臺舵機供電，因此，電動飛機一般都不需要單獨為接收機供電，除非舵機很多或?qū)邮諜C電源有額外要求。4.3.2動力動力系統(tǒng)組裝（3）螺旋槳安裝螺旋槳安裝一般根據(jù)所配固定翼無人機的機型有不同要求，注意螺旋槳有字的一面應該朝向無人機的前進方向。區(qū)分螺旋槳用槳葉迎風面區(qū)分正反槳：螺旋槳橫著放，槳葉有字的一面向上，右邊槳葉的迎風面在后面的是正槳，右邊槳葉的迎風面在前面的是反槳。用槳葉上刻字來區(qū)分正反槳：槳葉上刻有螺旋槳型號規(guī)格字樣，如10X5.5MR，另外一個螺旋槳的刻字是：10X5.5MRP，最后有P字的螺旋槳是反槳。由于螺旋槳生產(chǎn)廠家不同，通過刻字來區(qū)分正槳、反槳的方式也不一樣，有些是以CCW和CW來區(qū)分，有些是以L和R來區(qū)分。4.3.2動力動力系統(tǒng)組裝安裝螺旋槳區(qū)分好螺旋槳的正槳和反槳后，接下來就要把他們安裝在電機上。拿出槳墊逐個套在電機軸上，找到合適的槳墊，用小刀沿著槳墊邊緣切出來，切的時候不要太靠近槳墊邊，留下一丁點也沒問題。切好后用細砂紙慢慢打磨切口，磨平切口位但要保證槳墊是正圓的。把槳墊裝到螺旋槳背面大孔中，裝好后確保槳墊與大孔是同一個平面。把裝好墊片的螺旋槳有字的面向上，按照電機安裝的螺旋槳的類型，套到電機軸上，放上槳夾墊片，用螺母擰緊，再擰上子彈頭，用螺絲批插入子彈頭小孔上緊。螺母和子彈頭都要擰緊，防止螺旋槳高速旋轉(zhuǎn)時候飛出來傷人。4.3.2動力動力系統(tǒng)組裝電機和螺旋槳的固定方式由于從電機輸出的功率幾乎要全部傳給螺旋槳，因此電機與螺旋槳的連接必須可靠，不能松動。同時，二者的連接還要滿足振動小、拆裝方便的要求。槳夾槳夾是在無人機上用的最多的電機和螺旋槳連接器件，它由三部分組成：錐形軸、壓緊襯套和固定螺母。對于大型電機和螺旋槳的連接，為了保證強，槳夾的直徑必須很大，且應使用較硬的材料制作，這樣就可以保證錐形軸的“十”字形切槽在變形后不斷裂。螺旋槳安裝座大型電機的輸出功率高達上千瓦，拉力達數(shù)公斤，這種情況下可能會出現(xiàn)打滑甚至松脫事故，因此需使用螺旋槳安裝座。螺旋槳通過固定螺母直接壓緊在安裝座上。大多數(shù)功率較大的電機都可采用這種方式與螺旋槳連接。一般電機和螺旋槳的固定方式有以下兩種方式。4.3.2動力動力系統(tǒng)組裝（4）舵機安裝安裝要求舵機的執(zhí)行部分主要由搖臂、連桿及舵角組成，舵機的指針型搖臂適合方向舵和升降舵使用，一字型和十字型適用于副翼使用，如圖4-17所示。圖4-17舵機執(zhí)行機構(gòu)組件舵角一般是一個三角形的固定件，安裝在無人機副翼、尾翼的活動面上，通過連桿與舵機搖臂連接，遙控控制活動面擺動調(diào)節(jié)無人機飛行軌跡，通過調(diào)整連桿在舵機搖臂和在舵角上的安裝位置，實現(xiàn)舵面偏轉(zhuǎn)量的設置，如圖4-18所示。圖4-18舵機安裝圖4.3.2動力動力系統(tǒng)組裝安裝注意事項對于固定翼無人機，同一舵面的各個鉸鏈的中心線應該在一條直線上，并且位于舵面的中心；控制搖臂的轉(zhuǎn)動點應該與鉸鏈的中心線在同一個平面上；舵機搖臂應該與鉸鏈中心線平行，調(diào)整搖臂使得鍵槽與鍵齒相配合，盡量不要使用遙控器的中立位置調(diào)整功能來調(diào)整舵機的中心位置；使用高級的帶軸承的連接附件和精密加工的鋁制舵機搖臂，可以更好的完成設置，舵機安裝位置如圖4-19所示。圖4-19舵機安裝位置示意圖4.3.3油力動力系統(tǒng)組裝一、油動系統(tǒng)組成螺旋槳螺旋槳的介紹參見3.3.1節(jié)內(nèi)容。發(fā)動機固定翼機的動力裝置主要包括渦輪發(fā)動機和活塞發(fā)動機，應用較廣泛的動力裝置有四種：航空活塞式發(fā)動機加螺旋槳推進器、渦輪噴射發(fā)動機、渦輪螺旋槳發(fā)動機、渦輪風扇發(fā)動機。固定翼無人機常用的發(fā)動機按工作方式可分成二沖程發(fā)動機與四沖程發(fā)動機。按燃料分，發(fā)動機分為甲醇發(fā)動機和汽油發(fā)動機。舵機舵機的主要作用是控制節(jié)氣門改變空氣燃料混合比，以此來調(diào)節(jié)發(fā)動機的輸出功率及轉(zhuǎn)速。舵機的介紹參見4.3.2節(jié)的舵機選型部分內(nèi)容。輔助系統(tǒng)要保證發(fā)動機正常工作，還需要進氣系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、啟動系統(tǒng)、定時系統(tǒng)和散熱系統(tǒng)等一些必要的輔助系統(tǒng)。油動動力系統(tǒng)由螺旋槳、發(fā)動機、舵機和輔助系統(tǒng)組成。4.3.3油力動力系統(tǒng)組裝二、選配要求（1）選配流程

首先根據(jù)估算的翼載荷和推重比，得出動力系統(tǒng)應提供的拉力大小選出合適級別的發(fā)動機；根據(jù)發(fā)動機選擇與之匹配的螺旋槳；根據(jù)無人機結(jié)構(gòu)、燃料性質(zhì)選擇合適的輔助系統(tǒng)。（2）選配原則發(fā)動機級別選擇根據(jù)無人機級別確定發(fā)動機的級別，對于中型及以下固定翼無人機，發(fā)動機的部分選用配合，如表4-3所示。發(fā)動機的級別是按汽缸的工作容積計算的，計量單位有英制（級）和公制（mL）。4.3.3油力動力系統(tǒng)組裝發(fā)動機英制級別/級發(fā)動機公制級別/mL無人機翼展/m飛行重量/g10-151.6-2.50.8-1800-100015-202.5-3.31-1.251000-120020-253.3-4.01.25-1.31200-140025-304.0-4.91.3-1.351400-180035-405.7-6.51.35-1.41800-220040-456.5-7.41.4-1.52200-250045-507.4-8.21.5-1.62500-300050-608.2-9.81.6-1.83000-4000表5-3常見發(fā)動機4.3.3油力動力系統(tǒng)組裝發(fā)動機類型選擇二行程發(fā)動機轉(zhuǎn)速較高，常用于低成本的小型無人機；四行程發(fā)動機轉(zhuǎn)速較低、油耗低、噪聲也小，常作為特技無人機和中型無人機的動力。螺旋槳的選擇磨合用的螺旋槳和正常飛行用的螺旋槳不同，磨合用螺旋槳重量應大些、直徑應小些，螺距(槳距)要大些，以便于增加發(fā)動機的起動能力和鼓風能力，部分螺旋槳與發(fā)動機的匹配，如表5-4所示。4.3.3油力動力系統(tǒng)組裝表4-4螺旋槳-發(fā)動機匹配表發(fā)動機級別/級磨合用螺旋槳規(guī)格（直徑×螺距）/in飛行用螺旋槳（直徑×螺距）/in107×57×4/7×5157×5、8×58×420、218×5、8×68×5、9×4259×69×5、10×430、3210×6、10×710×5、10×63510×6、10×710×5、10×64010×710×6、10×745、4610×7、11×710×7、11×650、5211×611×7、12×660、6111×812×6、12×7、12×84.3.3油力動力系統(tǒng)組裝三、組裝步驟（1）發(fā)動機安裝前準備工作檢查發(fā)動機的清潔程度發(fā)動機的清潔非常重要，即使極少的臟物或沙土進入發(fā)動機內(nèi)部，也會引起發(fā)動機的嚴重磨損。檢查時，應從排氣口和進氣口等地方著手。發(fā)動機的外部也要保持清潔，去除油污、臟物或沙土,防止其進入發(fā)動機內(nèi)部。檢查各個零件數(shù)量及質(zhì)量根據(jù)發(fā)動機說明書進行檢查，發(fā)現(xiàn)零件缺少或損壞，或不能安裝使用，應配齊、調(diào)換或修理，對于易損件應按要求常備并定期更換。（2）發(fā)動機安裝根據(jù)無人機機身設計要求，將發(fā)動機安裝到機身上。安裝發(fā)動機一般配有發(fā)動機架，安裝應用專用的螺桿、螺帽,同時加上螺絲膠或橡膠墊。檢查安裝位置是否正確，安裝是否牢固，安裝的正反方向是否符合說明書要求等，應嚴格按照安裝步驟進行檢查。4.3.3油力動力系統(tǒng)組裝（3）螺旋槳安裝將螺旋槳裝在曲軸前部的兩個墊片間，轉(zhuǎn)動曲軸使活塞向上運動并開始壓縮，同時將螺旋槳轉(zhuǎn)到水平方向，然后用扳手擰緊槳帽，并把螺旋槳固定在這個位置上。安裝螺旋槳時要注意，當活塞在上止點時，螺旋槳右邊的槳葉較高，并和水平面成10°~30°角。在油動無人機上，如果是尾推式動力布置，需要用到“反槳”，即槳葉反方向轉(zhuǎn)動的螺旋槳，因為燃油活塞式發(fā)動機不能反轉(zhuǎn)。電機在反轉(zhuǎn)時，螺旋槳的固定螺母會越來越松，因此一定要在每次飛行前檢查螺旋槳的固定螺母，如有松動及時擰緊。螺旋槳安裝如圖4-20所示。圖4-20螺旋槳安裝圖特別注意：當使用時才安裝螺旋槳，使用后應立即將螺旋槳拆卸下來，防止螺旋槳誤動作造成人員傷害。4.3.3油力動力系統(tǒng)組裝（4）檢查發(fā)動機的內(nèi)部情況關(guān)鍵是檢查氣缸和活塞的配合情況。先裝上螺旋槳，慢慢地左右撥動，使曲軸跟著左右轉(zhuǎn)動，根據(jù)轉(zhuǎn)動過程中的情況判斷氣缸與活塞的配合是否合適，若不合適，根據(jù)說明書做出適當調(diào)整，還應檢查活塞和氣缸的氣密性。（5）其他注意事項油箱，是保證發(fā)動機正常工作的一個重要部件，安裝時注意油箱油面高度和噴油管的相對位置。一般是使油面和噴油管在同一水平面上或稍低幾毫米，往油箱加油時應當注意這一點。油箱要盡可能靠近發(fā)動機。要經(jīng)常檢查油管是否暢通,不要被臟物堵塞。要注意檢查油路漏氣情況。4.4固定翼無人機飛控系統(tǒng)的組裝§4.4.1飛控系統(tǒng)介紹§4.4.2飛控系統(tǒng)安裝

4.4.1飛控系統(tǒng)介紹無人機飛行控制系統(tǒng)，簡稱飛控，是指能夠穩(wěn)定無人機飛行姿態(tài)，并能控制無人機自主或半自主飛行的控制系統(tǒng)，是無人機的“大腦”。固定翼無人機飛行的控制通常包括方向、副翼、升降、油門、襟翼等控制，通過舵機改變飛機的翼面，產(chǎn)生相應的扭矩，控制飛機轉(zhuǎn)彎、爬升、俯沖、橫滾等動作。一、飛控系統(tǒng)工作原理飛控系統(tǒng)實時采集各傳感器測量的飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過無線電測控終端接收由地面測控站上行信道送來的控制命令及數(shù)據(jù)，經(jīng)計算處理，輸出控制指令給執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)對固定翼無人機中各種飛行模態(tài)的控制和對任務設備的管理與控制。同時將無人機的狀態(tài)數(shù)據(jù)及發(fā)動機、機載電源系統(tǒng)、任務設備的工作狀態(tài)參數(shù)實時傳送給機載無線電數(shù)據(jù)終端，經(jīng)無線電下行信道發(fā)送回地面測控站。4.4.1飛控系統(tǒng)介紹二、飛控系統(tǒng)的組成固定翼無人機飛控系統(tǒng)的硬件包括主控制、信號調(diào)理及接口、數(shù)據(jù)采集以及舵機驅(qū)動等模塊。各個功能模塊組合在一起,構(gòu)成飛行控制系統(tǒng)的核心，而主控制模塊是飛控系統(tǒng)核心，與其他模塊相組合，只需修改軟件或簡