多旋翼飞行器螺旋桨从结构上说

四旋翼飞行器结构和原理

四旋翼飞行器结构和原理

1.结构形式

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。

2.工作原理

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。

四旋翼飞行器结构和原理

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，

动态系统建模仿真 实验报告（2）

姓 名 ： 学 号 ： 指导教师 ： 院 系 ：

2014.12.28

1

四旋翼飞行器仿真

1实验内容

基于Simulink建立四旋翼飞行器的悬停控制回路，实现飞行器的悬停控制； 建立GUI界面，能够输入参数并绘制运动轨迹；

基于VR Toolbox建立3D动画场景，能够模拟飞行器的运动轨迹。 2实验目的

通过在 Matlab 环境中对四旋翼飞行器进行系统建模，使掌握以下内容： 四旋翼飞行器的建模和控制方法

在Matlab下快速建立虚拟可视化环境的方法。 3实验器材

硬件：PC机。

工具软件：操作系统：Windows系列；软件工具：MATLAB及simulink。 4实验原理 4.1四旋翼飞行器

四旋翼飞行器通过四个螺旋桨产生的升力实现飞行， 原理与直升机类似。 四个旋翼位于一个几何对称的十字支架前，后，左，右四端，如图 1 所示。旋翼由电机控制；整个飞行器依靠改变每个电机的转速来实现飞行姿态控制。

图1四旋翼飞行器旋转方向示意图

2

在图 1 中， 前端旋翼 1 和后端旋翼 3 逆时针旋转， 而左端旋翼 2 和右端的旋翼 4 顺时针旋转， 以平衡旋翼旋转所产生的反扭

第九章 螺旋桨图谱设计

§ 9-1 设计问题与设计方法

螺旋桨设计是整个船舶设计中的一个重要组成部分。在船舶线型初步设计完成后，通过有效马力的估算或船模阻力试验，得出该船的有效马力曲线。在此基础上，要求我们设计一个效率最佳的螺旋桨，既能达到预定的航速，又要使消耗的主机马力小；或者当主机已选定，要求设计一个在给定主机条件下使船舶能达到最高航速的螺旋桨。因此，螺旋桨的设计问题可分为两类。

一、螺旋桨的初步设计

对于新设计的船舶，根据设计任务书对船速的要求设计出最合适的螺旋桨，然后由螺旋桨的转速及效率决定主机的转速及马力，并据此订购主机。具体地讲就是：

① 已知船速V，有效马力PE，根据选定的螺旋桨直径D，确定螺旋桨的最佳转速n、效率η0、螺距比P/D和主机马力Ps；

② 已知船速V，有效马力PE，根据给定的转速n，确定螺旋桨的最佳直径D、效率η0、螺距比P/D和主机马力Ps。

二、终结设计

主机马力和转速决定后(最后选定的主机功率及转速往往与初步设计所决定者不同)，求所能达到的航速及螺旋桨的尺度。具体地讲就是：已知主机马力Ps、转速n和有效马力曲线，确定所能达到的最高航速V，螺旋桨的直径D、螺距比P/D及效率η0。新船采用现成的标准型号主机

四川蜀能电力公司输变电工程典型施工方法

典型施工方法名称： 多旋翼飞行器展放导引绳典型施工方法 典型施工方法编号： 编 制 单 位： 四川蜀能电力有限公司 推 荐 单 位： 主 要 完 成 人：

四川蜀能电力有限公司工程部

二〇一五年

目 录

1． 前言 ................................................................................................................................................... 1 2． 本典型施工方法特点 ...........................................................................................................

第九章 螺旋桨图谱设计

§ 9-1 设计问题与设计方法

螺旋桨设计是整个船舶设计中的一个重要组成部分。在船舶线型初步设计完成后，通过有效马力的估算或船模阻力试验，得出该船的有效马力曲线。在此基础上，要求我们设计一个效率最佳的螺旋桨，既能达到预定的航速，又要使消耗的主机马力小；或者当主机已选定，要求设计一个在给定主机条件下使船舶能达到最高航速的螺旋桨。因此，螺旋桨的设计问题可分为两类。

一、螺旋桨的初步设计

对于新设计的船舶，根据设计任务书对船速的要求设计出最合适的螺旋桨，然后由螺旋桨的转速及效率决定主机的转速及马力，并据此订购主机。具体地讲就是：

① 已知船速V，有效马力PE，根据选定的螺旋桨直径D，确定螺旋桨的最佳转速n、效率η0、螺距比P/D和主机马力Ps；

② 已知船速V，有效马力PE，根据给定的转速n，确定螺旋桨的最佳直径D、效率η0、螺距比P/D和主机马力Ps。

二、终结设计

主机马力和转速决定后(最后选定的主机功率及转速往往与初步设计所决定者不同)，求所能达到的航速及螺旋桨的尺度。具体地讲就是：已知主机马力Ps、转速n和有效马力曲线，确定所能达到的最高航速V，螺旋桨的直径D、螺距比P/D及效率η0。新船采用现成的标准型号主机

基于摄像头循迹的四旋翼飞行器设计I

摘要

本系统设计并制作一架基于摄像头循迹四旋翼自主飞行器，其所需循迹的道路是白底的黑色引导线。本系统采用模块结构化设计的方法，包括飞行控制模块、驱动模块、电源模块、循迹飞行、高度检测系统等，以Freescale Kinites60单片机为数据处理控制中心，将各个模块有效配合形成整体。其中飞行控制模块以STM32F407为控制核心，用来调整四旋翼自主飞行器的飞行姿态；而循迹模块以Freescale Kinites60为核心控制器，处理摄像头OV7725采集的图像信息后，把路径信息反馈给飞行控制模块，使飞行器能够按照给定的黑色引导线循迹飞行；超声波模块获取飞行器离地高度信息，并将信息传递给飞行控制模块，从而调整飞行姿态，实现设计要求。循迹模块和超声波模块与飞行控制模块通过串口保持即时通信，飞行控制模块根据实时反馈的信息，控制电调驱动四个无刷电机完成自主稳定飞行。

关键词：四旋翼自主飞行器，单片机，摄像头循迹，超声波，无刷电机

基于摄像头循迹的四旋翼飞行器设计II

ABSTRACT

The system intended to design and make a four- rotor autonomous ve

螺旋桨直径估算公式 D=17PD PD= n= n=c(PD/D ) PD D5 1/3 0.2

/n

0.6

82 KW 1031 r/min

主机功率 螺旋桨转速 0.638640554

1255 kw 1.2 M

主机功率 螺旋桨直径 795.9987916

转动惯量计算公式 1、对于圆筒的计算 I=m/2(R²+r²) m 为圆筒的质量 R 为圆筒体外半径 r 为圆筒体内半径 m=π hρ (R²-r²) π 为圆周率 h 为圆筒高度 m ρ 为圆筒密度 7.85x10³ kg/m³ m= I= 2、对于实心圆轴的计算 I=(m/2)*R² m、R的量同上 m=π hρ R² I=

0.06 0.0335 3.14 0.17 7850 10.38259 0.0128627 kg.m²

15.085188 0.0271533

刚度计算公式 1、螺旋桨轴刚度计算(经验计算公式) K=(9.497*(d^4/L")*10³) d 轴的基本直径 mm L"螺旋浆轴总长度(到锥体小端面)mm K= 柔度 e=1/k rad/N.m 2、轴段刚度计算公式 K=(E1*

. 桨叶的迎角只会影响升力的大小，不会前进。直升机前进是靠螺旋桨的旋转面向前倾斜实现的，桨叶的迎角变化，指的只是桨叶本身绕横向的轴旋转。就是对称的两只桨，成一条直线，以这个直线为轴旋转。迎角增大，旋转阻力增大，如果转速不变的情况下，升力就会增大，直升机上升。

飞机螺旋桨由两个或者多个桨叶以及一个中轴组成，桨叶安装在中轴上。飞机螺旋桨的每一个桨叶基本上是一个旋转翼。由于他们的结构，螺旋桨叶类似机翼产生拉动或者推动飞机的力。

旋转螺旋桨叶的动力来自引擎。引擎使得螺旋桨叶在空气中高速转动，螺旋桨把引擎的旋转动力转换成前向推力。空气中飞机的移动产生和它的运动方向相反的阻力。所以，飞机要飞行的话，就必须由力作用于飞机且等于阻力，而方向向前。这个力称为推力。

典型螺旋桨叶的横截面如图3－26。桨叶的横界面可以和机翼的横截面对比。一种桨叶的表面是拱形的或者弯曲的，类似于飞机机翼的上表面，而其他表面类似机翼的下表面是平的。弦线是一条划过前缘到后缘的假想线。类似机翼，前缘是桨叶的厚的一侧，当螺旋桨旋转时前缘面对气流。

桨叶角一般用度来度量单位，是桨叶弦线和旋转平面的夹角，在沿桨叶特定长度的的特定点测量。因为大多数螺旋桨有一个平的桨叶面，弦线通常从螺旋桨桨叶面开始划。螺

第十一届中国研究生电子设计竞赛 技术论文 论文题目： 基于stm32的四旋翼飞行器设计 Design of Quadrotor Aircraft Based on STM32 参赛单位：南京信息工程大学 队伍名称：we are 伐木累 指导老师： 参赛队员： 完成时间：2016.6.18

第十一届中国研究生电子设计竞赛 基于STM32的四旋翼飞行器系统设计

摘要

四轴飞行器是一种结构紧凑、飞行方式独特的垂直起降式飞行器，与普通飞行器相比，具有结构简单、故障率低和单位体积能够产生更大升力等优点，所以在军事和民用多个领域都有广阔的应用前景，非常适合在狭小空间内执行任务。 本设计采用stm32f103zet6作为主控芯片，3轴加速度传感器mpu6050作为惯性测量单元，通过2.4G无线模块和遥控板进行通信，最终使用PID控制算法以PWM方式控制电子调速器驱动电机实现了四轴飞行器的设计。

关键词： 四轴飞行器,stm32;mpu6050,2.4G无线模块.PID.PWM

2

第十一届中国研究生电子设计竞赛 基于STM32的四旋翼飞行器系统设计

Abstract

Quadrocopter has broad applicat

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第 2 3卷第 1期 20 0 8年 2月

航空动力学报J u n lo r s c we o r a fAe o pa e Po r

Vo. NO 1 1 23 .

Jn 08 a .2 0

文章编号： 0 0 8 5 ( 0 8 0—0 50 1 0— 0 5 2 0 ) 00 7— 6

可跳飞自转旋翼飞行器推/力系统参数优化升朱清华，李建波，倪先平。,张呈林(.南京航空航天大学直升机旋翼动力学国家级重点实验室，南京 2 0 1; 1 1 0 6

2中国航空工业第二集团公司，北京 1 0 1 ) . 0 7 2摘要：对自转旋翼飞行器推/力系统参数进行了特性分析和多目标优化设计，决了具有跳飞性能升解

的现代旋翼机总体方案和系统设计难题 .用叶素理论和动态人流理论，数值积分的方法建立推力和升力采以计算模型；能量转换关系和自转旋翼气动特性的基础上，立了旋翼机跳飞性能计算模型，析了参数对跳在建分

飞过程的影响，以算例验证了计算模型有效可靠 .于六西格玛和改进的遗传算法，推/力系统参数分并基对升

层地进行了多目标优化，优化结果表明本文方法正确合理，优化后的系统参数提高了飞行器总体性能.关键词：航空、天推进系统；自转旋翼飞行器；跳飞；参数优化航文献