空气动力学与飞行原理 第5章 多旋翼无人机基本飞行原理.pptx

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空气动力学与飞行原理第五章:多旋翼无人机基本飞行原理第一节:多旋翼无人机飞行性能第二节 多旋翼无人机操纵及控制原理第一节目录页多旋翼无人机飞行性能一、飞行速度二、续航时间三、悬停性能与定位性能四、避障性能壹多旋翼无人机飞行性能多旋翼无人机目前多集中在工业级和消费级,尤其以消费级居多。它的主要飞行性能也与其他两种无人机有显著不同。壹多旋翼无人机飞行性能(一)飞行速度 多旋翼无人机的飞行速度性能与固定翼无人机不同,主要指最大垂直上升速度、最大垂直下降速度和最大水平飞行速度。飞行速度对竞速无人机、竞速航拍无人机有明显意义。但在普通消费级无人机中,该意义不大。目前最大垂直上升速度和下降速度均在5m/s以内。最大水平飞行速度在28m/s以内。随着技术水平的提升,这些飞行速度均会有所提升,同时对飞控系统、动力系统等提出更高要求壹多旋翼无人机飞行性能(二)续航时间多旋翼无人机的续航时间定义与固定翼相同,具体见4.2节。续航时间长短是多旋翼无人机的主要技术壁垒之一。目前市场上消费级的多旋翼无人机多采用电动驱动装置,由锂电池供电。续航时间受限于电池的充放电能力。电动多旋翼无人机续航时间均在半小时以内。这也是导致其进入工业应用的关键技术障碍。目前,在如何提高其工作时间(非续航时间)的问题上,主要有三种方案:(1)增加备用电池,采用快速充电的方式提高其工作时间,这是目前的主流方式。没有技术难度。但是电池快充后充放电效率下降很大,提高无人机应用成本。(2)采用锂芯片技术,代替现有的锂电池快充模式。该技术目前还在探索中,尚未进入市场。(3)油电混动动力,这种方式需要增加多旋翼无人机体积和重量。目前尚无安全可靠的油电混动多旋翼无人机进入市场。壹多旋翼无人机飞行性能(三)悬停性能与定位性能多旋翼无人机的悬停性能定义与无人直升机相同,具体见4.5节。悬停是旋翼无人机特有的飞行性能之一,它与定位性能一起作为衡量多旋翼飞行性能的一项指标。一般现有无人机采用GPS定位技术、超声波定位技术或基于双目视觉的定位技术。悬停精度受定位技术发展的限制。抗干扰性能一方面与定位技术相关,另一方面与飞控算法也有一定关系。目前较好的消费级多旋翼无人机水平定位精度为1.5m,垂直定位精度为0.5m。壹多旋翼无人机飞行性能(四)避障性能避障性能是指多旋翼无人机发现、识别并躲避障碍物的能力。它是多旋翼无人机特有的飞行性能之一,也是其安全性能的重要指标。目前只有部分多旋翼无人机具备该性能(如大疆精灵4Pro、零度多比等)。该项性能的提出主要源于多旋翼无人机多数情况飞行高度较低(100m以内),近地飞行时面临的地形环境复杂,有房屋建筑、树木、室内、行人等。避障性能的主要衡量指标为障碍物的大小、躲避障碍物的反应时间、反应距离与躲避维度。贰多旋翼无人机操纵及控制原理(一)垂直运动(二)俯仰运动(六)侧向运动(三)滚转运动(四)偏航运动(五)前后运动贰多旋翼无人机操纵及控制原理目前市场上普遍为无变距多旋翼无人机,其飞行原理与固定翼无人机和无人直升机原理不同,主要体现在两个方面:(1)通过调节每个旋翼的转速大小,从而调节升力大小,实现升力的大小和方向发生变化。没有自动倾斜器,不能通过变距控制每片桨叶的攻角达到改变桨盘平面和升力的作用。(2)通过交叉旋翼的旋转方向克服反扭力矩,而没有额外的尾桨消除主旋翼的反扭力矩。多旋翼无人机的飞行原理为:每个旋翼均由独立的电机驱动螺旋桨旋转,利用每个旋翼的转速和转向来控制螺旋桨的拉力和侧力的大小,通过解算多旋翼的合力大小和方向,实现多旋翼无人机的飞行。另外,由于具有多个旋翼(一般为偶数个旋翼),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。这样,可以保持多旋翼机身的稳定性,类似于无人直升机的尾桨的作用。多旋翼无人机主要的飞行模式与无人直升机类似,主要有:垂直运动、侧向运动、前后运动、俯仰运动、滚转运动、偏航运动和悬停。下面以四旋翼无人机来说明其飞行控制原理:人力资源管理是指企业根据自身发展战略的要求,通过实施一系列的管理过程,保障企业发展的人力配置,并充分挖掘人力资源的潜能,即实现了“事得其人,人尽其才”的人力资源管理目标,从而确保企业战略目标的实现。贰多旋翼无人机操纵及控制原理(一)垂直运动四旋翼无人机垂直运动状态下的飞行原理示意图。一般四旋翼飞行器四个螺旋桨依次按照顺时针安装、逆时针安装、顺时针安装、逆时针安装。由图可知:电机1和电机3逆时针旋转,电机2和电机4顺时针旋转,四个电机带动螺旋桨均产生向上升力的同时,转向相反的相邻电机平衡了机身的反扭矩。如果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

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