6.多旋翼无人机的动力学知识

6.多旋翼无人机的动力学知识周老师2019.4.1我们知道:固定翼飞机是靠升降舵控制飞机的俯仰，方向舵控制飞机的偏航，副翼控制飞机的滚转。多旋翼无人机是如何控制，才能使飞机做出升降、滚转、俯仰和偏航动作呢？课程导入本节学习多旋翼飞机的动力学知识.教学目标1.懂得旋翼能够产生升力的原因.2.了解无人机旋翼的种类及特点.3.知道多旋翼无人机的各种动作.4.知道四旋翼无人机的飞行原理.教学过程1.旋翼的空气动力学知识.2.无人机旋翼的种类及特点.3.多旋翼无人机的各种动作.4.四旋翼无人机的飞行原理.葛洪：东晋道教学者、炼丹家、药学家，文学家，思想家，化学家。官至宰相，隐居罗浮山.所著抱朴子记述：“或用枣心木为飞车，以牛革结环剑，以引其机.”其中的“飞车”被认为是关于竹蜻蜓的最早记载。葛洪发明的竹蜻蜓达芬奇设计的直升机一.旋翼的空气动力学知识1.旋翼机的产生支奴干美国鱼鹰首架直升机国产直10美国西科斯基研制用伯努利原理解释xyoF3'F3F2F1'2.固定翼升力产生原理：最慢最快较慢F2F3f阻F1F浮升力产生的力学分析用分子动理论解释SPF据：攻角和螺距转速固定的情况下，螺距越大，升力越大。3.旋翼升力产生的原理F升F升凹凸式翼型二.旋翼的种类及特点旋翼又称螺旋桨或桨叶，是通过自身旋转，将电机转动功率转化为动力的装置。1.按材质分：木桨塑料浆碳纤维浆橡塑尼龙桨2.按桨叶数量分：双叶桨三叶桨四叶桨五叶桨涵道风扇3.按桨叶结构分：组合式螺旋桨整体式螺旋桨可折叠式螺旋桨4.按固定方式分：插接式螺丝固定式子弹头锁紧式自锁式6.按旋转方向分：正桨反桨反桨正桨5.按桨距是否可调分：固定桨距和可变桨距，由于无人机上较少见到，所以不再赘述。右移上升左移下降三.多旋翼机的各种动作左偏航右偏航垂直运动滚转动作俯仰动作偏航动作前进后退右升左降发动机或电机带动螺旋桨逆时针转动时，螺旋桨就会对电机有一个反方向的扭矩，这个扭矩叫反扭矩。四.多旋翼无人机的飞控原理1.电机旋转的反扭矩：螺旋桨逆时针旋转顺时针方向扭矩实验验证：电旋转玩具陀螺2.旋翼的旋转方向：M1M2M3M4反扭矩白点白点黑点黑点电机M1和M3逆时针旋转,电机M2和M4顺时针旋转,这样设计的目的是：当电机转速相等时,电机自身的反扭矩相互抵消，无人机的航向保持不变。电机转速相等时,电机倾斜拉力矩相互抵消,无人机保持航向不变.3.电机安装方向：F2拉力矩F1F3F4电机安装角（部分无人机电机并非垂直于机身平面）多旋翼飞行原理4.飞机的悬停动作：F1F3F2F4四个电机转速相等升力：F1=F2=F3=F4升力合：F1+F2+F3+F4=GG两方向反扭矩相等多旋翼飞行原理5.飞机的升降控制：F1F3F2F4F1=F2=F3=F4F1+F2+F3+F4G四电机转速同时变化G两方向反扭矩相等多旋翼飞行原理6.飞机的横滚控制：F1F3F2F4F1+F4F2+F3F⊥略小于G,飞机降高度左右电机转速不再相等两方向反扭矩仍然相等GFF⊥F∥F∥使飞机左移多旋翼飞行原理7.飞机的俯仰控制：F1F3F2F4F1+F2F3+F4F⊥略小于G,飞机降高度前后电机转速不再相等两方向反扭矩仍然相等GF∥使飞机前进移多旋翼飞行原理8.飞机的偏航控制：但F1+F2+F3+F4=G飞机高度不变交叉电机转速不再相等两方向反扭矩不再相等再加上电机安装偏角力矩帮助M1M2M3M4反扭矩使飞机做偏航动作.小结内容结束1.旋翼能够产生升力的原因.2.无人机旋翼的种类及特点.3.多旋翼无人机的各种动作.4.四旋翼无人机的飞行原理.