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。
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。
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。
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y軸旋轉(zhuǎn)(方向如圖所示),同理,當(dāng)電機1的轉(zhuǎn)速下降,電機3的轉(zhuǎn)速上升,機身便繞y軸向另一個方向旋轉(zhuǎn),實現(xiàn)飛行器的俯仰運動。
橫滾運動,即左右控制
與圖(b)的原理相同,在圖(c)中,改變電機2和電機4的轉(zhuǎn)速,保持電機1和電機3的轉(zhuǎn)速不變,便可以使機身繞x軸方向旋轉(zhuǎn),從而實現(xiàn)飛行器橫滾運動。
偏航運動,即旋轉(zhuǎn)控制
四旋翼飛行器偏航運動可以借助旋翼產(chǎn)生的反扭矩來實現(xiàn)。旋翼轉(zhuǎn)動過程中由于空氣阻力作用會形成與轉(zhuǎn)動方向相反的反扭矩,為了克服反扭矩影響,可使四個旋翼中的兩個正轉(zhuǎn),兩個反轉(zhuǎn),且對角線上的各個旋翼轉(zhuǎn)動方向相同。反扭矩的大小與旋翼轉(zhuǎn)速有關(guān),當(dāng)四個電機轉(zhuǎn)速相同時,四個旋翼產(chǎn)生的反扭矩相互平衡,四旋翼飛行器不發(fā)生轉(zhuǎn)動;當(dāng)四個電機轉(zhuǎn)速不完全相同時,不平衡的反扭矩會引起四旋翼飛行器轉(zhuǎn)動。在圖(d)中,當(dāng)電機1和電機3的轉(zhuǎn)速上升,電機2和電機4的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動,從而實現(xiàn)飛行器的偏航運動。
以上就是無人機的原理解釋了,感謝各位觀看。
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