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多旋翼飞行器绪论

人们为什么最终选择了多旋翼飞行器?

基本概念

(1)固定翼 优点:续航时间最长、飞行效率最高、载荷最大 缺点:必须要助跑,降落的时候必须要滑行 (2)直升机 优点:垂直起降 缺点:续航时间没有优势,机械结构复杂、维护成本高 (3)多旋翼 优点:垂直起降、机械结构简单、易维护 缺点:载重和续航时间都更差

一般受力特点:

  1. 合成拉力垂直桨盘平面
  2. 拉力、重力

四旋翼和六旋翼有何分别? • 无本质区别,3个力矩+拉力 • 六旋翼控制分配更灵活

无人驾驶飞机和航模

(1)无人驾驶飞机(Unmanned Aerial Vehicle):简称“无人机”,英文缩写为“UAV”,是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。微小型无人机英文“Drone” (2)航模(Model Aircraft):在国际航联制定的竞赛规则里明确规定“航空模型是一种重于空气的,有尺寸限制的,带有或不带有发动机的,可遥控的不能载人的航空器。”

多旋翼操控和评价

(1)悬停

其中螺旋桨1、3逆时针旋转;2、4顺时针旋转 • 拉力抵消重力 • 四个螺旋桨拉力产生的滚转、俯仰力矩为零 • 偏航力矩为零,四个螺旋桨反扭矩效应均被抵消

多数直升机即单旋翼直升机都有一个小垂直尾桨来抵消反作用力矩,或者采用共轴双桨,上下两个螺旋桨转动方向相反,从而抵消之间的反扭矩的作用。 (2)升降运动 同时同量地增加四个螺旋桨的转速,则螺旋桨产生的总拉力增大,力矩和依然为零。 拉力大于重力时,四旋翼就会上升

左手遥感控制上下,右手遥感控制左右运动 (3)前后运动 同时同量减少螺旋桨#1、#4的转速,同时同量增加螺旋桨#2、#3的转速,会引起四旋翼向前俯仰。然后,拉力会产生向前的分量。

可以看到,改变俯仰后,拉力的垂直分量会减小,将不再等于多旋翼的重力,因此需要增加拉力。 (4)左右运动 同量减小螺旋桨#1、#2的转速,同时同量增加螺旋桨#3、#4的转速,这将产生不平衡力矩使机身向右滚转倾 斜。然后,拉力会产生向右的分量。 (5)偏航运动

同量减小螺旋桨#2、#4的转速,同时同量增加螺旋桨#1、#3的转速,这将使前后飞行和左右飞行 的力矩为零。但顺时针的偏航力矩增加了,飞机顺时针偏航。

顺时针偏航

多旋翼评价

(1)对比

(2)局限性(该方式不宜推广到大尺寸的多旋翼) 1)桨叶尺寸越大,越难迅速改变其角速度

在这个假设下,我们最终得到,桨叶的角加速度与多旋翼的特征长度平方的倒数成正比,也就是多旋翼尺寸越大,角加速度越小,即机动性低。 2)在大载重下,桨叶上下挥舞会导致刚性大的桨很容易折断

因此,多旋翼该方式不宜推广到大尺寸,改进方式如Volocopter VC200

时势造英雄,多旋翼是时间的产物。 一体机改变了体验,使飞行简单化。

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