加载中…Pixhawk学习笔记（6）-- 多旋翼的飞行原理及机体构型选择
(2017-02-12 22:37:21)
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pixhawkquadrotor四旋翼 |
分类： PIXHAWK |
多旋翼飞行原理
这里以四旋翼+构型为例，讲解多旋翼飞行原理。（为了节省时间和编辑公式的麻烦，我就截了我制作的ppt的图）
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四旋翼飞行器的机体坐标系（x轴指向前方，y轴指向机体右侧，z轴指向机体下方）下共有4个可控自由度：俯仰（pitch，绕y轴旋转）、横滚（roll，绕x轴旋转）、航向（yaw，绕z轴旋转）以及升降（z），以及两个耦合自由度：水平沿x轴运动及水平沿y轴运动，这两个运动分别与俯仰和横滚运动耦合，即当飞行器发生俯仰或者横滚运动时，相应的飞行器会产生水平沿x或y轴方向的运动。
升力的公式为T=cw^2，c是升力系数，w是螺旋桨的转速。
螺旋桨编号：前1（front），后2（rear），左3（left），右4（right）
1. 悬停状态下，四个旋翼的总升力等于重力，且四个螺旋桨转速一致。
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多旋翼的飞行原理及机体构型选择" />
多旋翼的飞行原理及机体构型选择" />
4.俯仰状态下，仅机体前后两个旋翼的转速改变，一侧转速提升，一侧转速下降。
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5.转向状态下，全部四个旋翼的转速改变，但对侧的螺旋桨转速一致，一对转速提升，另一对转速下降。
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2.
上升或下降状态下，四个旋翼的总升力大于或小于重力，且四个螺旋桨转速一致。
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3.横滚状态下，仅机体左右两个旋翼的转速改变，一侧转速提升，一侧转速下降。
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5.转向状态下，全部四个旋翼的转速改变，但对侧的螺旋桨转速一致，一对转速提升，另一对转速下降。
http://s3/bmiddle/001PNL7Xzy78JDdhknUc2&690多旋翼的飞行原理及机体构型选择" TITLE="Pixhawk学习笔记（6）--
机体构型
机体构型是决定多旋翼的飞行性能的重要因素，机体构型的主要项目包括：旋翼数量，旋翼布局，电机安装方式以及重心位置。
旋翼数量：
常见的旋翼数量为3、4、6和8。
其中消费机和DIY机型多采用4旋翼，6和8旋翼多用于提高起飞重量和系统稳定性。而更多的旋翼则相对少见，主要也是为了增加起飞重量和载重。
对于pixhawk，以下是常见的旋翼数量选择。
旋翼布局：
旋翼布局的选择主要也分为x和+两种布局。+布局是起初最先发展的布局，而x布局因其独特的优势称为目前最为普遍的布局。
+布局的优点：
控制简单，俯仰和横滚运动仅需改变一对电机的转速
+布局的缺点：
航拍是前面的螺旋桨容易进入航拍视线
x布局的优点：
响应速度快，同等情况下，所需改变的电机速度小
螺旋桨不易进去航拍视线
x布局的缺点：
俯仰和横滚运动都要改变全部的电机，如果电机控制不精确，会对其他运动造成影响。
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x布局相较于+布局的优势
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电机安装方式：
电机的安装方式主要分为四种：
1.
水平向上：绝大多数无人机都采用这一部剧，如大疆的精灵系列。
2. 水平向下：采用的较少，代表机型为亿航的ghost。
3.
水平对置：这种方式主要是为了在不增加机体直径的情况下提高起飞重量，但效率低于2个螺旋桨单独使用。
4.
内外倾：这种方式多应用于大型旋翼机，主要为了增加系统的水平稳定性，如大疆的s1000.
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重心位置：
重心位置主要关系到系统的稳定性和机动性，主要有三种重心设置方式：
1.
重心与控制面（螺旋桨平面）共面：静稳定性居中，较易控制，但重心配平到控制面共面较困难
2.
重心低于控制面：静稳定性好，利用自身重力力矩实现自稳定，但不易移动
3.
重心高于控制面：静稳定性差，自身趋于不稳定，但较易移动，灵活性好
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