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四旋翼飞行器基本知识(四旋翼飞行器结构和原理+四轴diy全套入门

归档日期:07-14       文本归类:飞机布雷      文章编辑:爱尚语录

  旋翼对称分布在机体的前后、左右四个方向,四个旋翼处于同一高度平面,且四个旋翼的结构和半径都相同,四个电机对称的安装在飞行器的支架端,支架中间空间安放飞行控制计算机和外部设备。结构形式如图 1.1所示。

  四旋翼飞行器通过调节四个电机转速来改变旋翼转速,实现升力的变化,从而控制飞行器的姿态和位置。四旋翼飞行器是一种六自由度的垂直升降机,但只有四个输入力,同时却有六个状态输出,所以它又是一种欠驱动系统。

  四旋翼飞行器的电机 1和电机 3逆时针旋转的同时,电机 2和电机 4顺时针旋转,因此当飞行器平衡飞行时,陀螺效应和空气动力扭矩效应均被抵消。

  在上图中,电机 1和电机 3作逆时针旋转,电机 2和电机 4作顺时针旋转,规定沿 x轴正方向运动称为向前运动,箭头在旋翼的运动平面上方表示此电机转速提高,在下方表示此电机转速下降。

  (1)垂直运动:同时增加四个电机的输出功率,旋翼转速增加使得总的拉力增大,当总拉力足以克服整机的重量时,四旋翼飞行器便离地垂直上升;反之,同时减小四个电机的输出功率,四旋翼飞行器则垂直下降,直至平衡落地,实现了沿 z轴的垂直运动。当外界扰动量为零时,在旋翼产生的升力等于飞行器的自重时,飞行器便保持悬停状态。

  (2)俯仰运动:在图(b)中,电机 1的转速上升,电机 3 的转速下降(改变量大小应相等),电机 2、电机 4 的转速保持不变。由于旋翼1 的升力上升,旋翼 3 的升力下降,产生的不平衡力矩使机身绕 y 轴旋转,同理,当电机 1 的转速下降,电机 3的转速上升,机身便绕y轴向另一个方向旋转,实现飞行器的俯仰运动。

  (3)滚转运动:与图 b 的原理相同,在图 c 中,改变电机 2和电机 4的转速,保持电机1和电机 3的转速不变,则可使机身绕 x 轴旋转(正向和反向),实现飞行器的滚转运动。

  (4)偏航运动:旋翼转动过程中由于空气阻力作用会形成与转动方向相反的反扭矩,为了克服反扭矩影响,可使四个旋翼中的两个正转,两个反转,且对角线上的各个旋翼转动方向相同。反扭矩的大小与旋翼转速有关,当四个电机转速相同时,四个旋翼产生的反扭矩相互平衡,四旋翼飞行器不发生转动;当四个电机转速不完全相同时,不平衡的反扭矩会引起四旋翼飞行器转动。在图 d中,当电机 1和电机 3 的转速上升,电机 2 和电机 4 的转速下降时,旋翼 1和旋翼3对机身的反扭矩大于旋翼2和旋翼4对机身的反扭矩,机身便在富余反扭矩的作用下绕 z轴转动,实现飞行器的偏航运动,转向与电机 1、电机3的转向相反。

  (5)前后运动:要想实现飞行器在水平面内前后、左右的运动,必须在水平面内对飞行器施加一定的力。在图 e中,增加电机 3转速,使拉力增大,相应减小电机 1转速,使拉力减小,同时保持其它两个电机转速不变,反扭矩仍然要保持平衡。按图 b的理论,飞行器首先发生一定程度的倾斜,从而使旋翼拉力产生水平分量,因此可以实现飞行器的前飞运动。向后飞行与向前飞行正好相反。(在图 b 图 c中,飞行器在产生俯仰、翻滚运动的同时也会产生沿 x、y轴的水平运动。)

  (6)倾向运动:在图 f 中,由于结构对称,所以倾向飞行的工作原理与前后运动完全一样。

  首先声明本人也是菜鸟,此教程就是从一个菜鸟的角度来讲解,现在论坛上的帖子都突然冒很多名词出来,又不成体系,我自己开始学的时候往往一头雾水,相信很多新手也一样。所以在这个帖子里面,我都会把自己遇到的疑惑逐一讲解。

  2、四轴零件之间的接线个电调的正负极需要并联(红色连一起,黑色连1一起),并接到电池的正负极上;

  通道就是可以遥控器控制的动作路数,比如遥控器只能控制四轴上下飞,那么就是1个通道。但四轴在控制过程中需要控制的动作路数有:上下、左右、前后、旋转

  遥控器上油门的位置在右边是日本手、在左边是美国手,所谓遥控器油门,在四轴飞行器当中控制供电电流大小,电流大,电动机转得快,飞得高、力量大。反之同理。判断遥控器的油门很简单,遥控器2个摇杆当中,上下板动后不自动回到中间的那个就是油门摇杆。

  如果没有飞控板,四轴飞行器就会因为安装、外界干扰、零件之间的不一致型等原因形成飞行力量不平衡,后果就是左右、上下的胡乱翻滚,根本无法飞行,飞控板的作用就是通过飞控板上的陀螺仪,对四轴飞行状态进行快速调整(都是瞬间的事,不要妄想用人肉完成),如发现右边力量大,向左倾斜,那么就减弱右边电流输出,电机变慢,升力变小,自然就不再向左倾斜。

  因为电机的电流是很大的,通常每个电机正常工作时,平均有3a左右的电流,如果没有电调的存在,飞控板根本无法承受这样大的电流(另外也没驱动无刷电机的功能)。

  同时电调在四轴当中还充当了电压变化器的作用,将11.1v的电压变为5v为飞控板和遥控器供电。

  电调都会标上多少A,如20a,40a 这个数字就是电调能够提供的电流。大电流的电调可以兼容用在小电流的地方。小电流电调不能超标使用。

  根据我简单测试,常见新西达2212加1045浆最大电机电流有可能达到了5a,为了保险起见,建议这样配置用30a 或 40a电调(大家用20a电调的也多),说买大一点,以后还可以用到其他地方去。

  因为四轴飞行要求,电调快速响应,而电调有快速响应和慢速响应的区别,所以四轴需要快速响应的电调。

  其实大多数常见电调是可以编程的,能通过编程来设置响应速度。所以其实并没有什么专用一说。

  编程的途径可以直接将电调连接至遥控接收机的油门输出通道(通常是3通道),按说明书,在遥控器上通过搬动摇杆进行设置,这个方法比较麻烦,但节约。另外,还可以通过厂家的编程卡来进行设置(需要单独购买),方法简单,无需接遥控器。

  为了保险,一定要将购买的电调设置一致,否则容易难于控制。如:电调的启动模式不一样,那么有些都转很快了,有些还很慢,这就有问题了。

  注:通过遥控器进行设置电调,一定要接上电机,因为说明书上说的“滴滴”类的声音,是通过电机发出来的。我开始就是因为没有接电机,还疑惑怎么没声音,以为坏了。

  电机分为有刷电机和无刷电机,不要买错了,无刷是四轴的主流。它力气大,耐用。

  经常看人说什么2212电机,2018电机等等,到底是什么意思呢?这其实电机的尺寸。

  不管什么牌子的电机,具体都要对应4位这类数字,其中前面2位是电机转子的直径,后面2位是电机转子的高度。注意,不是外壳哦。

  简单来说,前面2位越大,电机越肥,后面2位越大,电机越高。 又高又大的电机,功率就更大,适合做大四轴。通常2212电机是最常见的配置了。

  四轴飞行为了抵消螺旋桨的自旋,相隔的桨旋转方向是不一样的,所以需要正反桨。正反桨的风都向下吹。适合顺时针旋转的叫正浆、适合逆时针旋转的是反浆。安装的时候,一定记得无论正反桨,有字的一面是向上的(桨叶圆润的一面要和电机旋转方向一致)。

  这是非常复杂的问题,我自己也在研究当中,所以建议采用大家常见的配置吧,但原理这里可以阐述一下。

  综上所述,大螺旋桨就需要用低kv电机,小螺旋桨就需要高kv电机(因为需要用转速来弥补升力不足)

  如果高kv带大桨,力量不够,那么就很困难,实际还是低俗运转,电机和电调很容易烧掉。

  表示电池容量,如1000mah电池,如果以1000ma放电,可持续放电1小时。如果以500mh放电,可以持续放电2小时。

  代表锂电池的节数,锂电池1节标准电压为3.7v,那么2s电池,就是代表有2个3.7v电池在里面,电压为7.4v。

  代表电池放电能力,这是普通锂电池和动力锂电池最重要区别,动力锂电池需要很大电流放电,这个放电能力就是C来表示的。如1000mah电池标准为5c,那么用5x1000mah,得出电池可以以5000mh的电流强度放电。

  这个与上面的c一样,只是将放电变成了充电,如1000mah电池,2c快充,就代表可以用2000ma的电流来充电。所以千万不要图快冒然用大电流,超过规定参数充电,电池很容易损坏。

  基本原理是用大桨,因为整体搭配下来功率高,自身升力大,为了保证可玩时间,可选高容量,高c,3s以上电池。最低建议1500mah,20c,3s。

  小四轴,因为自身升力有限,整体功率也不高,就可以考虑小容量,小c,3s以下电池。(没玩过,不做建议)

  如3s电池,内部是3个锂电池,因为制造工艺原因,没办法保证每个电池完全一致,充电放电特性都有差异,电池串联的情况下,就容易照常某些放电过度或充电过度,充电不饱满等,所以解决办法是分别对内部单节电池充电。动力锂电都有2组线组是单节锂电引出线(与s数有关),充电时按说明书,都插入充电器内,就可以进行平衡充电了。

  理论上讲,只要4个螺旋桨不打架就可以了,但要考虑到,螺旋桨之间因为旋转产生的乱流互相影响,建议还是不要太近,否则影响效率。 这也是为什么四轴用2叶螺旋桨比用3叶螺旋桨多的原因之一(3叶的还有个缺点,平衡不好做)

  调试完毕,最后安装螺旋桨,安装好后,第一件事是拿手上,轻加油门,看看是否风都往下吹,电机的旋转是否是正转和反转间隔的。如果剧烈抖动,并且升力很小,就应该是正反浆没有安装对。交换一下。如果旋转方向不是间隔的,就需要将电调和电机的连接线,交换一下,进行旋转方向校正。次序为,先方向,后螺旋桨。

  电调是可以设置电池低压保护的,但尽量不要等电调保护的时候才充电,这样可以延长使用寿命。

  一切准备完毕,怎么知道可以试飞了呢,我个人建议为了避免匆忙上马,秒炸。先拿手上试飞比较好,但要注意离身体距离。

  拿手上通电,加油门,如果一切正常,四轴是 不会大幅度的晃动的,而是比较平稳。还可以故意左右晃动一下,会感觉到四轴保持平衡的反力量,只要达到这个效果,就基本达到了试飞的条件。kk飞控我复位了好几次,只要没有意外,是基本都能成功的。

  我感觉初学者最容易犯的错误是看见一飞高,紧张了就猛减油门,这样就会垂直落地,一定要有心理准备,只要不伤人,在比较高的情况下,还是慢减油门比较好。

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