多旋翼飛行器是通過調節多個電機轉速來改變螺旋槳轉速,實現升力的變化,進而達到飛行姿態控制的目的。
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逆時針旋轉的同時,電機2和電機4順時針旋轉,因此飛行器平衡飛行時,陀螺效應和空氣動力扭矩效應全被抵消。與傳統的直升機相比,四旋翼飛行器的優勢:各個旋翼對機身所產生的反扭矩與旋翼的旋轉方向相反,因此當電機1和電機3逆時針旋轉時,電機2和電機4順時針旋轉,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節不同電機的轉速來實現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,兩對電機轉向相反,可以平衡其對機身的反扭矩,當同時增加四個電機的輸出功率,旋翼轉速增加使得總的拉力增大,當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,實現了沿z軸的垂直運動。當外界擾動量為零時,在旋翼產生的升力等于飛行器的自重時,飛行器便保持懸停狀態。保證四個旋翼轉速同步增加或減小是垂直運動的關鍵。
俯仰運動,即前后控制
在圖(b)中,電機1的轉速上升,電機3的轉速下降,電機2、電機4的轉速保持不變。為了不因為旋翼轉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轉速該變量的大小應相等。由于旋翼1的升力上升,旋翼3的升力下降,產生的不平衡力矩使機身繞y軸旋轉(方向如圖所示),同理,當電機1的轉速下降,電機3的轉速上升,機身便繞y軸向另一個方向旋轉,實現飛行器的俯仰運動。
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的轉速,保持電機1和電機3的轉速不變,便可以使機身繞x軸方向旋轉,從而實現飛行器橫滾運動。
偏航運動,即旋轉控制
四旋翼飛行器偏航運動可以借助旋翼產生的反扭矩來實現。旋翼轉動過程中由于空氣阻力作用會形成與轉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,兩個反轉,且對角線上的各個旋翼轉動方向相同。反扭矩的大小與旋翼轉速有關,當四個電機轉速相同時,四個旋翼產生的反扭矩相互平衡,四旋翼飛行器不發生轉動;當四個電機轉速不完全相同時,不平衡的反扭矩會引起四旋翼飛行器轉動。在圖(d)中,當電機1和電機3的轉速上升,電機2和電機4的轉速下降時,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軸轉動,從而實現飛行器的偏航運動。
以上就是無人機的原理解釋了,感謝各位觀看。
-
電機
+關注
關注
143文章
9186瀏覽量
147517 -
飛行器
+關注
關注
13文章
731瀏覽量
46012 -
無人機
+關注
關注
230文章
10637瀏覽量
184585
發布評論請先 登錄
相關推薦
評論