【簡(jiǎn)介:】正好在弄無(wú)人機(jī),操作水平很一般,可熟練對(duì)尾定高定位(專業(yè)人士說(shuō)的科目一),也能對(duì)頭定高定位,對(duì)著左側(cè)和右側(cè)就有點(diǎn)亂。不過(guò),理論超過(guò)實(shí)踐,對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行原理進(jìn)行了研究。
無(wú)人機(jī)指
正好在弄無(wú)人機(jī),操作水平很一般,可熟練對(duì)尾定高定位(專業(yè)人士說(shuō)的科目一),也能對(duì)頭定高定位,對(duì)著左側(cè)和右側(cè)就有點(diǎn)亂。不過(guò),理論超過(guò)實(shí)踐,對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行原理進(jìn)行了研究。
無(wú)人機(jī)指示燈向前,平方在水平面上,從右前方的電動(dòng)機(jī)開始,按順時(shí)針?lè)较蛩膫€(gè)電動(dòng)機(jī)依次稱為M1(右前)M2(左前)M3(左后)M4(右后),所帶旋翼都是兩個(gè)葉片(與大家玩過(guò)竹蜻蜓的旋翼一樣),見(jiàn)下圖。
如果旋翼都左右方向放置,M1和M3上的旋翼,右葉片前高后低,左葉片前低后高,當(dāng)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),對(duì)空氣產(chǎn)生向下的推力,同時(shí)獲得空氣向上的推力;M2和M4上的旋翼,右葉片前低后高,左葉片前高后低,當(dāng)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),對(duì)空氣產(chǎn)生向下的推力,同時(shí)獲得空氣向上的推力。推力的大小可通過(guò)調(diào)節(jié)旋翼的轉(zhuǎn)速改變,轉(zhuǎn)速越大,旋翼對(duì)空氣的推力越大,反過(guò)來(lái),空氣對(duì)旋翼的推力越大。當(dāng)空氣對(duì)四個(gè)旋翼向上的推力大于無(wú)人機(jī)的重力時(shí),無(wú)人機(jī)就可騰空而起。當(dāng)推力等于重力時(shí),就可懸停在空中。
四個(gè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相同,四個(gè)旋翼獲得的向上的推力相等,無(wú)人機(jī)呈水平狀態(tài)。如果M3、M4加速,M1、M2減速,無(wú)人機(jī)就后升前降,呈向前傾斜狀態(tài),旋翼對(duì)空氣的推力是斜著向后下方的,反過(guò)來(lái),空氣對(duì)旋翼的推力是斜著向前上方的,并且可以分解為豎直向上的力和水平向前的力,前者用來(lái)平衡無(wú)人機(jī)的重力,后者就使無(wú)人機(jī)前進(jìn)。據(jù)此,大家可以分析一下,無(wú)人機(jī)是如何后腿和側(cè)飛的。
另外,因?yàn)榻莿?dòng)量平衡,旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),機(jī)身要反方向轉(zhuǎn)動(dòng),無(wú)人機(jī)就難以操縱。所以,相鄰旋翼的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反,機(jī)身的轉(zhuǎn)動(dòng)相互抵消。一旦某個(gè)方向的旋翼轉(zhuǎn)速增大, 比如M1、M3轉(zhuǎn)速增大,機(jī)身就會(huì)順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)了右轉(zhuǎn)向,反之,就是左轉(zhuǎn)向。
多旋翼無(wú)人機(jī)也是由電機(jī)的旋轉(zhuǎn),使螺旋槳發(fā)作升力而飛起來(lái)的。當(dāng)飛機(jī)四個(gè)螺旋槳的升力之和等于飛機(jī)總重量時(shí),飛機(jī)的升力與重力相平衡,飛機(jī)就可以懸停在空中了。
依據(jù)牛頓第三定律,旋翼在旋轉(zhuǎn)的一起,也會(huì)一起向電機(jī)施加一個(gè)反作用力,促進(jìn)電機(jī)向反方向旋轉(zhuǎn)。這也是為什么現(xiàn)在的直升機(jī)都會(huì)帶一個(gè)小尾巴,在水平方向上施加一個(gè)力,去抵消這種反作用力,保持直升機(jī)機(jī)身的穩(wěn)定。
而回到四旋翼飛翔器上,它的螺旋槳也會(huì)發(fā)作這樣的力,所以為了防止飛機(jī)張狂自旋,四旋翼飛機(jī)的四個(gè)螺旋槳中,相鄰的兩個(gè)螺旋槳旋轉(zhuǎn)方向是相反的。
這個(gè)很好理解,當(dāng)飛機(jī)需求升高高度時(shí),四個(gè)螺旋槳一起加速旋轉(zhuǎn),升力加大,飛機(jī)就會(huì)上升。當(dāng)飛機(jī)需求下降高度時(shí)同理,四個(gè)螺旋槳會(huì)一起下降轉(zhuǎn)速,飛機(jī)也就下降了。
當(dāng)無(wú)人機(jī)各個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速相同,飛機(jī)的反扭矩被抵消,不會(huì)發(fā)作滾動(dòng)。但是當(dāng)要飛機(jī)原地旋轉(zhuǎn)時(shí),我們就可以使用這種反扭矩,因?yàn)榉磁ぞ赜绊懀w機(jī)就會(huì)發(fā)作逆時(shí)針?lè)较虻男D(zhuǎn)。
依據(jù)流體力學(xué)的基本原理,流動(dòng)慢的大氣壓強(qiáng)較大,而流動(dòng)快的大氣壓強(qiáng)較小。因?yàn)闄C(jī)翼一般是不對(duì)稱的,上表面比較凸,而下表面比較平,
流過(guò)機(jī)翼上表面的氣流就類似于較窄當(dāng)?shù)氐牧魉魉佥^快,而流過(guò)機(jī)翼下表面的氣流正好相反,類似于較寬當(dāng)?shù)氐牧魉?,流速較上表面的氣流慢。
大氣施加與機(jī)翼下表面的壓力(方向向上)比施加于機(jī)翼上表面的壓力(方向向下)大,二者的壓力差便形成了升力。
所以關(guān)于一般所說(shuō)的飛機(jī),都是需求助跑,當(dāng)飛機(jī)的速度到達(dá)必定大小時(shí),飛機(jī)兩翼所發(fā)作的升力才能抵消重力,從而完成飛翔。
旋翼的升力飛機(jī),直升機(jī)和旋翼機(jī)三種起飛原理是不同的。飛機(jī)依靠助跑來(lái)供給速度以到達(dá)足夠的升力,而直升機(jī)依靠旋翼的操控旋轉(zhuǎn)在不進(jìn)行助跑的條件下完成筆直升降,
直升機(jī)的旋轉(zhuǎn)是動(dòng)力體系供給的,而旋翼旋轉(zhuǎn)會(huì)發(fā)作向上的升力和空氣給旋翼的反作用力矩,在設(shè)計(jì)中需求供給平衡旋翼反作用扭矩的辦法,
一般有單旋翼加尾槳式(尾槳一般是筆直裝置)、雙旋翼縱列式(旋轉(zhuǎn)方向相反以抵消反作用扭矩)等;而旋翼機(jī)則介于飛機(jī)和直升機(jī)之間,旋翼機(jī)的旋翼不與動(dòng)力體系相連,
由飛翔過(guò)程中的前方氣流吹動(dòng)旋翼旋轉(zhuǎn)發(fā)作升力(像大風(fēng)車一樣),即旋翼為自轉(zhuǎn)式,傳遞到機(jī)身上的扭矩很小,無(wú)需專門抵消。
四旋翼飛翔器實(shí)質(zhì)上是屬于直升機(jī)的范疇,需求由動(dòng)力體系供給四個(gè)旋翼的旋滾動(dòng)力,一起旋翼旋轉(zhuǎn)發(fā)作的扭矩需求進(jìn)行抵消,
因此本著結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)略操控方便,挑選類似雙旋翼縱列式加橫列式的直升機(jī)模型,兩個(gè)旋翼旋轉(zhuǎn)方向與另外兩個(gè)旋翼旋轉(zhuǎn)方向必須相反以抵消陀螺效應(yīng)和空機(jī)動(dòng)力扭矩。
旋翼對(duì)稱分布在機(jī)體的前后、左右四個(gè)方向,四個(gè)旋翼處于同一高度平面,且四個(gè)旋翼的結(jié)構(gòu)和半徑都相同,四個(gè)電機(jī)對(duì)稱的裝置在飛翔器的支架端,支架中間空間安放飛翔操控計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備。
四旋翼飛翔器經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)改變旋翼轉(zhuǎn)速,完成升力的改變,從而操控飛翔器的姿勢(shì)和方位。四旋翼飛翔器是一種六自由度的筆直升降機(jī),但只有四個(gè)輸入力,一起卻有六個(gè)狀況輸出,所以它又是一種欠驅(qū)動(dòng)體系。
無(wú)人機(jī)首要包括飛機(jī)機(jī)體、飛控體系、數(shù)據(jù)鏈體系、發(fā)射收回體系、電源體系等。飛控體系又稱為飛翔辦理與操控體系,相當(dāng)于無(wú)人機(jī)體系的心臟部分也便是無(wú)人機(jī)的核心部件,
目前也是全球無(wú)人機(jī)遇到的一個(gè)瓶頸問(wèn)題。對(duì)無(wú)人機(jī)的穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴⒕_度、實(shí)時(shí)性等都有重要影響,對(duì)其飛翔性能起決定性的作用;
數(shù)據(jù)鏈體系可以確保對(duì)遙控指令的精確傳輸,以及無(wú)人機(jī)接納、發(fā)送信息的實(shí)時(shí)性和可靠性,以確保信息反饋的及時(shí)有效性和順暢、精確的完成使命。
發(fā)射收回體系確保無(wú)人機(jī)順暢升空以到達(dá)安全的高度和速度飛翔,并在履行完使命后從天空安全回落到地上。