無人機(jī)駕駛員航空知識手冊培訓(xùn)教材多旋翼無人機(jī)駕駛員航空知識手冊多旋翼1簡介多旋翼，依靠多個(gè)（多于3個(gè)）旋翼產(chǎn)生升力，并依靠旋翼控制的飛行器。簡介多旋翼，依靠多個(gè)（多于3個(gè)）旋翼產(chǎn)生升力2簡介多旋翼在無人機(jī)市場的地位。簡介多旋翼在無人機(jī)市場的地位。3簡介簡介4簡介簡介5多旋翼與直升機(jī)的相同與不同之處1）均靠旋翼產(chǎn)生升力2）直升機(jī)靠自動傾斜器控制槳葉周期變距調(diào)整姿態(tài)，旋翼轉(zhuǎn)速恒定。

多旋翼靠不同方位的旋翼轉(zhuǎn)速變化調(diào)整不同方位的升力改變姿態(tài)。3）多旋翼靠成對電機(jī)反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)平衡扭矩。4）無人直升機(jī)的控制對象主要是舵機(jī)，多旋翼控制對象主要是電機(jī)、電調(diào)。簡介多旋翼與直升機(jī)的相同與不同之處簡介6四旋翼飛行器四旋翼飛行器的概念：

四旋翼飛行器就是一種具有四個(gè)螺旋槳的飛行器并且四個(gè)螺旋槳呈十字形交叉結(jié)構(gòu)，相對的四旋翼具有相同的旋轉(zhuǎn)方向，分兩組，兩組的旋轉(zhuǎn)方向不同。飛行器也通過控制這兩組螺旋槳的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向產(chǎn)生不同的升力實(shí)現(xiàn)上下前后左右的六個(gè)方向飛行的航模模型。四旋翼飛行器的組成：電機(jī)電調(diào)螺旋槳飛控板鋰電池遙控器（六通控制）一個(gè)四軸機(jī)架基本線路連接四旋翼飛行器四旋翼飛行器的概念：7四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)形式：

四旋翼飛行器采用四個(gè)旋翼作為飛行的直接動力源，旋翼對稱分布在機(jī)體的前后、左右四個(gè)方向，四個(gè)旋翼處于同一高度平面，且四個(gè)旋翼的結(jié)構(gòu)和半徑都相同，旋翼1和旋翼3逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，旋翼2和旋翼4順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，四個(gè)電機(jī)對稱的安裝在飛行器的支架端，支架中間空間安放飛行控制計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備。四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)形式如圖所示：四旋翼飛行器四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)形式：四旋翼飛行器8四旋翼飛行器的飛行原理：

四旋翼飛行器是通過調(diào)節(jié)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速來改變旋翼轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)升力的變化，從而控制飛行器的姿態(tài)和位置由于飛行器是通過改變旋翼轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)升力變化，這樣會導(dǎo)致其動力部穩(wěn)定，所以需要一種能夠長期保穩(wěn)定的控制方法。四旋翼飛行器是一種六自由度的垂直升降機(jī)，因此非常適合靜態(tài)和準(zhǔn)靜態(tài)條件下飛行。但是四旋翼飛行器只有四個(gè)輸入力，同時(shí)卻有六個(gè)狀態(tài)輸出，所以它又是一種欠驅(qū)動系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的直升機(jī)相比，四旋翼飛行器有下列優(yōu)勢：各個(gè)旋翼對機(jī)身所施加的反扭矩與旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相反，因此當(dāng)電機(jī)1和電機(jī)3逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，電機(jī)2和電機(jī)4順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，可以平衡旋翼對機(jī)身的反扭矩。

四旋翼飛行器四旋翼飛行器的飛行原理：四旋翼飛行器9四旋翼飛行器在空間共有6個(gè)自由度（分別沿3個(gè)坐標(biāo)軸作平移和旋轉(zhuǎn)動作），這6個(gè)自由度的控制都可以通過調(diào)節(jié)不同電機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)?；具\(yùn)動狀態(tài)分別是：垂直運(yùn)動俯仰運(yùn)動滾轉(zhuǎn)運(yùn)動偏航運(yùn)動前后運(yùn)動和側(cè)向運(yùn)動四旋翼飛行器四旋翼飛行器在空間共有6個(gè)自由度（分別沿10垂直運(yùn)動：

在圖（a）中，因有兩對電機(jī)轉(zhuǎn)向相反，可以平衡其對機(jī)身的反扭矩，當(dāng)同時(shí)增加四個(gè)電機(jī)的輸出功率，旋翼轉(zhuǎn)速增加使得總的拉力增大，當(dāng)總拉力足以克服整機(jī)的重量時(shí)，四旋翼飛行器便離地垂直上升；反之，同時(shí)減小四個(gè)電機(jī)的輸出功率，四旋翼飛行器

則垂直下降，直至平衡落地，實(shí)現(xiàn)了沿z軸的垂直運(yùn)動，當(dāng)外界擾動量為零時(shí)，在旋翼產(chǎn)生的升力等于飛行器的自重時(shí)，飛行

器便保持懸停狀態(tài)。保證

四個(gè)旋翼轉(zhuǎn)速同步增加或

減小是垂直運(yùn)動的關(guān)鍵。

四旋翼飛行器垂直運(yùn)動：四旋翼飛行器11俯仰運(yùn)動：

在圖（b）中，電機(jī)1的轉(zhuǎn)速上升，電機(jī)3轉(zhuǎn)速下降，電機(jī)2、電機(jī)4的轉(zhuǎn)速保持不變。為了不因?yàn)樾磙D(zhuǎn)速的改變引起四旋翼飛行器整體扭矩及總拉力改變，旋翼1與旋翼3轉(zhuǎn)速改變量的大小應(yīng)相等。由于旋翼1的升

力上升，旋翼3的升力下降，

產(chǎn)生的不平衡力矩使機(jī)身繞y軸旋轉(zhuǎn)（方向如圖所示），

同理，當(dāng)電機(jī)1的轉(zhuǎn)速下降，

電機(jī)3的轉(zhuǎn)速上升，機(jī)身便繞y軸向另一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)飛行器的俯仰運(yùn)動。也就是說

通過這實(shí)現(xiàn)了四軸飛行器的翻

轉(zhuǎn)。四旋翼飛行器俯仰運(yùn)動：四旋翼飛行器12滾轉(zhuǎn)運(yùn)動：

滾轉(zhuǎn)運(yùn)動與俯仰運(yùn)動一樣，同樣是為了實(shí)現(xiàn)四軸飛行器的翻轉(zhuǎn)。只不過俯仰運(yùn)動改變的是電機(jī)1、3的轉(zhuǎn)速，保持電機(jī)2、4的轉(zhuǎn)速不變，使得四軸飛行器繞y軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。而滾轉(zhuǎn)運(yùn)動則是改變電機(jī)2、4的轉(zhuǎn)速，保持電機(jī)1、3轉(zhuǎn)速不變，使四軸飛行器繞x軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。原理如圖（c）示：

四旋翼飛行器滾轉(zhuǎn)運(yùn)動：四旋翼飛行器13

偏航運(yùn)動：

四旋翼飛行器偏航運(yùn)動可以借助旋翼產(chǎn)生的反扭矩來實(shí)現(xiàn)。旋翼轉(zhuǎn)動過程中由于空氣阻力作用會形成與轉(zhuǎn)動方向相反的反扭矩，為了克服反扭矩影響，可使四個(gè)旋翼中的兩個(gè)正轉(zhuǎn)，兩個(gè)反轉(zhuǎn)，且對角線上的旋翼轉(zhuǎn)動方向相同。

反扭矩的大小與旋翼轉(zhuǎn)速有關(guān)，當(dāng)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速同時(shí)，四個(gè)旋翼產(chǎn)生的反

扭矩相互平衡，四旋翼飛行器不發(fā)生轉(zhuǎn)動；當(dāng)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速不完全相同時(shí)，不平衡的反扭矩會引起四

旋翼飛行器轉(zhuǎn)動。在圖d中，當(dāng)電機(jī)1和電機(jī)3的轉(zhuǎn)速上升，電機(jī)2和電機(jī)4的轉(zhuǎn)速下降時(shí)，旋翼1和旋翼3對機(jī)身

的反扭矩大于旋翼2旋翼4對機(jī)身的反扭矩，

機(jī)身便在富余反扭矩的作

用下繞z軸轉(zhuǎn)動，

實(shí)現(xiàn)飛行器的偏航運(yùn)動，

轉(zhuǎn)向與電機(jī)1、電機(jī)3的

轉(zhuǎn)向相

反。原理如圖

（d）示：四旋翼飛行器偏航運(yùn)動：四旋翼飛行器14前后運(yùn)動與側(cè)向運(yùn)動：

要想實(shí)現(xiàn)飛行器在水平面內(nèi)前后、左右的運(yùn)動，必須在水平電機(jī)轉(zhuǎn)速不變，反扭矩仍然要保持平衡。按圖b的面內(nèi)對飛行器施加一定的力。在圖e中，增加電機(jī)3轉(zhuǎn)速，使拉力增大，相應(yīng)減小電機(jī)1轉(zhuǎn)速，使拉力減小，同時(shí)保持其它兩個(gè)，飛行器首先發(fā)生一定程度的傾斜，從而使

旋翼拉力產(chǎn)生水平分量，因此可以實(shí)現(xiàn)飛行器的前飛運(yùn)動。向后飛行與向前飛行正好相反；四旋翼飛行器前后運(yùn)動與側(cè)向運(yùn)動：四旋翼飛行器15同理，根據(jù)四軸飛行器前后運(yùn)動的工作原理，將飛行器x、y軸上的電機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行互換便可以實(shí)現(xiàn)飛行器側(cè)向運(yùn)動，原理圖如圖（f）所示。四旋翼飛行器同理，根據(jù)四軸飛行器前后運(yùn)動的工作原理，將飛行器x、y軸上的16四旋翼飛行器多旋翼主要參數(shù)——總體參數(shù)，是總體方案的設(shè)計(jì)變量，對方案有著決定性的影響。主要包括：多旋翼總重G、槳盤載荷p、功率載荷q、旋翼實(shí)度和槳尖速度ΩR等1）槳盤載荷p旋翼的拉力（近似等于G）與旋翼槳盤面積之比2）功率載荷qP和q值可定義為：四旋翼飛行器多旋翼主要參數(shù)——總體參數(shù)，是總體方案的設(shè)計(jì)變量17由（3）和（4）得到：圖4-1槳盤載荷對功率載荷的影響其中：（5）（6）四旋翼飛行器由（3）和（4）得到：圖4-1槳盤載荷對功率載荷的影響其183）旋翼實(shí)度對于矩形槳葉4）槳尖速度ΩR

R確定后，槳尖速度決定旋翼軸轉(zhuǎn)速n（7）四旋翼飛行器3）旋翼實(shí)度對于矩形槳葉4）槳尖速度ΩRR確定后，槳尖速度19電機(jī)：

電機(jī)也就是馬達(dá)，可以說電機(jī)是四旋翼飛行器的基礎(chǔ)配件之一。電機(jī)分為有刷和無刷兩種，在四軸飛行器中無刷是主流，

不管什么牌子的電機(jī)，具體都要對應(yīng)4位這類數(shù)字如2212電機(jī)什么的，其中前面2位是電機(jī)轉(zhuǎn)子的直徑，后面2位是電機(jī)轉(zhuǎn)子的高度。簡單來說，前面2位越大，電機(jī)越肥，后面2位越大，電機(jī)越高。

另外，每個(gè)無刷電機(jī)都會標(biāo)準(zhǔn)多少kv值，這個(gè)kv是外加1v電壓對應(yīng)的每分

鐘空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，例如：1000kv電機(jī)，外加1v電壓，電機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)每分鐘轉(zhuǎn)100加2v電

壓，電機(jī)空轉(zhuǎn)就2000轉(zhuǎn)了。四旋翼飛行器電機(jī)：四旋翼飛行器20四旋翼飛行器四旋翼飛行器21四旋翼飛行器四旋翼飛行器22四旋翼飛行器四旋翼飛行器23四旋翼飛行器四旋翼飛行器24四旋翼飛行器四旋翼飛行器25無人機(jī)駕駛員航空知識手冊培訓(xùn)教材(多旋翼)課件26四旋翼飛行器四旋翼飛行器27無人機(jī)駕駛員航空知識手冊培訓(xùn)教材(多旋翼)課件28電調(diào)：

電調(diào)都會標(biāo)上多少A，如20a電調(diào)就是電子調(diào)速器。電調(diào)的作用就是將飛控板的控制信號，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鞯拇笮?，以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，因?yàn)殡姍C(jī)的電流是很大的，通常每個(gè)電機(jī)同時(shí)正常工作時(shí)，如果沒有電調(diào)的存在，飛控板根本無法承受這樣大的電流（另外也沒驅(qū)動無刷電機(jī)的功能）。同時(shí)電調(diào)在四軸當(dāng)中還充當(dāng)了電壓變化器的作用，將電壓變?yōu)?v為飛控板和遙控器供電，40a這個(gè)數(shù)字就是電調(diào)能夠提供的電流。大電流的電調(diào)可以兼容用在小電

流的地方。小電流電調(diào)不能超標(biāo)使用。

四旋翼飛行器電調(diào)：四旋翼飛行器29無人機(jī)駕駛員航空知識手冊培訓(xùn)教材(多旋翼)課件30對于航模用的無刷直流電機(jī)，轉(zhuǎn)速精度要求并不很高，使用開環(huán)控制方式就可滿足要求。外轉(zhuǎn)子電機(jī)內(nèi)部構(gòu)造對于航模用的無刷直流電機(jī)，轉(zhuǎn)速精度要求并不很高，外轉(zhuǎn)子電機(jī)內(nèi)31無刷電機(jī)拆解無刷電機(jī)拆解32AB通電AC通電四旋翼飛行器AB通電AC通電四旋翼飛行器33四旋翼飛行器四旋翼飛行器34四旋翼飛行器四旋翼飛行器35霍耳效應(yīng)器件，霍耳效應(yīng)測量器件可以根據(jù)轉(zhuǎn)子不同位置時(shí)的不同磁場方向分布情況輸出位置信號，一般在電機(jī)的不同位置上裝三個(gè)霍爾傳感器，就可測出轉(zhuǎn)子的位置。這就是所謂的“有感無刷電機(jī)的驅(qū)動”?！盁o感”測量方式。利用第三相的感生電動勢。無感驅(qū)動方式的優(yōu)點(diǎn)在于省略了三個(gè)霍爾傳感器，整套系統(tǒng)分量更輕，結(jié)構(gòu)更簡單。其缺點(diǎn)在于啟動比較麻煩，啟動的時(shí)候可控性較差，要達(dá)到一定轉(zhuǎn)速后才變得可控。四旋翼飛行器霍耳效應(yīng)器件，“無感”測量方式。四旋翼飛行器36螺旋槳：

螺旋槳一般有兩葉和三葉兩種類型

同電機(jī)類似，槳的型號也有10X8這些數(shù)字，前面代表槳的直徑,后面2位是槳的角度(槳距)。

另外，四軸飛行為了抵消螺旋槳的自旋，相隔的

槳旋轉(zhuǎn)方向是不一樣的，所以需要正反槳。正反槳的風(fēng)都向下吹。適合順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的叫正漿、適合逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的是反漿。正反槳需要精確配平。四旋翼飛行器螺旋槳：四旋翼飛行器37四旋翼飛行器螺旋槳的參數(shù)：

直徑、螺距、槳葉扭轉(zhuǎn)分布、槳葉弦長分布、槳葉實(shí)度、槳葉翼型。直徑：D螺距：螺旋槳旋轉(zhuǎn)一周，劈開空氣旋轉(zhuǎn)的距離H，一般定義70%或75%處為名義螺距槳距測量：phy7=atan（H/Pi/D/0.7）螺距表征了螺旋槳旋轉(zhuǎn)一周帶動空氣前進(jìn)的名義距離，螺距越大，越適應(yīng)高速前飛。四旋翼飛行器螺旋槳的參數(shù)：直徑：D槳距測量：phy7=ata38槳葉槳轂槳尖槳根后緣前緣四旋翼飛行器槳葉槳轂槳尖槳根后緣前緣四旋翼飛行器39

槳葉的平面形狀很多，使用較多的有三種：四旋翼飛行器槳葉的平面形狀很多，使用較多的有三種：四旋翼飛行器40Rr螺旋槳直徑D螺旋槳半徑R剖面半徑

r相對半徑r/R槳弦b四旋翼飛行器Rr螺旋槳直徑D螺旋槳半徑R剖面半徑r相對半徑r/R41αγφ槳弦相對氣流旋轉(zhuǎn)面槳葉角φ：槳弦和旋轉(zhuǎn)面之間的夾角槳葉迎角α：槳弦和入流（即相對氣流）之間的夾角入流角γ：入流和旋轉(zhuǎn)面之間的夾角四旋翼飛行器αγφ槳弦相對氣流旋轉(zhuǎn)面槳葉角φ：槳弦和旋轉(zhuǎn)面之間的夾角槳42第三章第頁43

飛行中，螺旋槳是一面旋轉(zhuǎn)一面前進(jìn)的。螺旋槳剖面具有兩個(gè)速度：一個(gè)是前進(jìn)速度v,一個(gè)是圓周速度（切向速度）u。

右圖為槳葉切面上某一點(diǎn)的運(yùn)動軌跡四旋翼飛行器第三章第頁43飛行中，螺旋槳是一面旋轉(zhuǎn)43無人機(jī)駕駛員航空知識手冊培訓(xùn)教材(多旋翼)課件44飛控板：

飛控板就是飛行器的大腦，如果沒有飛控板，四軸飛行器就會因?yàn)榘惭b、外界干擾、零件之間的不一致型等原因形成飛行力量不平衡，后果就是左右、上下的胡亂翻滾，根本無法飛行，飛控板的作用就是通過飛控板上的陀螺儀，對四軸飛行狀態(tài)進(jìn)行快速調(diào)整，如發(fā)現(xiàn)右邊力量大，向左傾斜，那么就減弱右邊電流輸出，電機(jī)變慢，升力變小，自然就不再向左傾斜。四旋翼飛行器APM飛控板：四旋翼飛行器APM45四旋翼飛行器四旋翼飛行器46無人機(jī)駕駛員航空知識手冊培訓(xùn)教材(多旋翼)課件47

遙控器：通道數(shù)：遙控器控制的動作路數(shù)，比如遙控器只能控制四軸上下飛，那么就是1個(gè)通道。但四軸在控制過程中需要控制的動作路數(shù)有：上下、左右、前后、旋轉(zhuǎn)所以最低得4通道遙控器。美國手/日本手：大多數(shù)遙控器都會有美國手（左手控制油門）

和日本手（右手控制油門）之分。

四旋翼飛行器遙控器：四旋翼飛行器48

電池：

考慮到四旋翼飛行器質(zhì)輕高飛的特點(diǎn)，所以在選用電池時(shí)往往選擇鋰電池，因?yàn)橥瑯与姵厝萘夸囯娮钶p，起飛效率最高。

另外，電池的多少mah表示電池容量，如1000mah電池，如果以1000ma放電，可持續(xù)放電1小時(shí)。如果以500mh放電，可以持續(xù)放電2小時(shí)；電池后面的2s，3s，4s代表鋰電池的節(jié)數(shù)（鋰電池1節(jié)標(biāo)準(zhǔn)電壓為3.7v）；電池后面多少c代表電池放電能力，這是普通鋰電池和動力鋰電池最重要區(qū)別，動力鋰電池需要很大電流放電，這個(gè)放電能力就是C來表示的。如1000mah電池標(biāo)準(zhǔn)為5c，那么用5x1000mah，得出電池可以以5000mh的電流強(qiáng)度放電。這很重要，如果用低c的電池，大電流放電，電池會迅速損壞，甚至自燃。

四旋翼飛行器電池：四旋翼飛行器49無人機(jī)駕駛員航空知識手冊培訓(xùn)教材(多旋翼)課件50單體電壓：標(biāo)稱3.7，滿充4.2v，放電保護(hù)電壓：3v容量：蓄電池的總能量=電壓X容量放電倍率：以多少倍容量電流放電最大放電電流=容量X放電倍率充電倍率：以多少倍容量電流充電能量密度：總能量/總重量四旋翼飛行器單體電壓：標(biāo)稱3.7，滿充4.2v，放電保護(hù)電壓：3v容量：51無人機(jī)駕駛員航空知識手冊培訓(xùn)教材(多旋翼)課件52無人機(jī)駕駛員航空知識手冊培訓(xùn)教材(多旋翼)課件53無人機(jī)駕駛員航空知識手冊培訓(xùn)教材(多旋翼)課件54四旋翼飛行器四旋翼飛行器55四旋翼飛行器四旋翼飛行器56四軸機(jī)架：四軸飛行器的機(jī)架，必須要符合飛行器的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，能夠保持對稱穩(wěn)定性。另外需要注意的是四根軸架的尺寸長度，保證4個(gè)螺旋槳不打架就可以了，但要考慮到螺旋槳之間因?yàn)樾D(zhuǎn)產(chǎn)生的亂流互相影響，建議還是不要太近，否則影響效率。這也是為什么四軸用2葉螺旋槳比用3葉螺旋槳多的原因之一（3葉的還有個(gè)缺點(diǎn)，平衡不好做）。四旋翼飛行器四軸機(jī)架：四旋翼飛行器57四旋翼飛行器德國MD4-1000四旋翼四旋翼飛行器德國MD4-1000四旋翼58四旋翼飛行器德國MD4-1000四旋翼四旋翼飛行器德國MD4-1000四旋翼59四旋翼飛行器德國MD4-1000四旋翼槳葉直徑約700mm。懸停效率，18g/W四旋翼飛行器德國MD4-1000四旋翼槳葉直徑約700mm。60四旋翼飛行器德國MD4-1000四旋翼槳葉直徑約700mm,轉(zhuǎn)速1400～1600rpm。懸停效率，18g/W四旋翼飛行器德國MD4-1000四旋翼槳葉直徑約700mm,61四旋翼飛行器旋翼+變距改善電動機(jī)操縱延遲特性，使用油機(jī)系留式多旋翼四旋翼飛行器旋翼+變距系留式多旋翼6263

以上有不當(dāng)之處，請大家給與批評指正，謝謝大家！6363無人機(jī)駕駛員航空知識手冊培訓(xùn)教材多旋翼無人機(jī)駕駛員航空知識手冊多旋翼64簡介多旋翼，依靠多個(gè)（多于3個(gè)）旋翼產(chǎn)生升力，并依靠旋翼控制的飛行器。簡介多旋翼，依靠多個(gè)（多于3個(gè)）旋翼產(chǎn)生升力65簡介多旋翼在無人機(jī)市場的地位。簡介多旋翼在無人機(jī)市場的地位。66簡介簡介67簡介簡介68多旋翼與直升機(jī)的相同與不同之處1）均靠旋翼產(chǎn)生升力2）直升機(jī)靠自動傾斜器控制槳葉周期變距調(diào)整姿態(tài)，旋翼轉(zhuǎn)速恒定。

多旋翼靠不同方位的旋翼轉(zhuǎn)速變化調(diào)整不同方位的升力改變姿態(tài)。3）多旋翼靠成對電機(jī)反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)平衡扭矩。4）無人直升機(jī)的控制對象主要是舵機(jī)，多旋翼控制對象主要是電機(jī)、電調(diào)。簡介多旋翼與直升機(jī)的相同與不同之處簡介69四旋翼飛行器四旋翼飛行器的概念：

四旋翼飛行器就是一種具有四個(gè)螺旋槳的飛行器并且四個(gè)螺旋槳呈十字形交叉結(jié)構(gòu)，相對的四旋翼具有相同的旋轉(zhuǎn)方向，分兩組，兩組的旋轉(zhuǎn)方向不同。飛行器也通過控制這兩組螺旋槳的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向產(chǎn)生不同的升力實(shí)現(xiàn)上下前后左右的六個(gè)方向飛行的航模模型。四旋翼飛行器的組成：電機(jī)電調(diào)螺旋槳飛控板鋰電池遙控器（六通控制）一個(gè)四軸機(jī)架基本線路連接四旋翼飛行器四旋翼飛行器的概念：70四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)形式：

四旋翼飛行器采用四個(gè)旋翼作為飛行的直接動力源，旋翼對稱分布在機(jī)體的前后、左右四個(gè)方向，四個(gè)旋翼處于同一高度平面，且四個(gè)旋翼的結(jié)構(gòu)和半徑都相同，旋翼1和旋翼3逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，旋翼2和旋翼4順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，四個(gè)電機(jī)對稱的安裝在飛行器的支架端，支架中間空間安放飛行控制計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備。四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)形式如圖所示：四旋翼飛行器四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)形式：四旋翼飛行器71四旋翼飛行器的飛行原理：

四旋翼飛行器是通過調(diào)節(jié)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速來改變旋翼轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)升力的變化，從而控制飛行器的姿態(tài)和位置由于飛行器是通過改變旋翼轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)升力變化，這樣會導(dǎo)致其動力部穩(wěn)定，所以需要一種能夠長期保穩(wěn)定的控制方法。四旋翼飛行器是一種六自由度的垂直升降機(jī)，因此非常適合靜態(tài)和準(zhǔn)靜態(tài)條件下飛行。但是四旋翼飛行器只有四個(gè)輸入力，同時(shí)卻有六個(gè)狀態(tài)輸出，所以它又是一種欠驅(qū)動系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的直升機(jī)相比，四旋翼飛行器有下列優(yōu)勢：各個(gè)旋翼對機(jī)身所施加的反扭矩與旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相反，因此當(dāng)電機(jī)1和電機(jī)3逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，電機(jī)2和電機(jī)4順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，可以平衡旋翼對機(jī)身的反扭矩。

四旋翼飛行器四旋翼飛行器的飛行原理：四旋翼飛行器72四旋翼飛行器在空間共有6個(gè)自由度（分別沿3個(gè)坐標(biāo)軸作平移和旋轉(zhuǎn)動作），這6個(gè)自由度的控制都可以通過調(diào)節(jié)不同電機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)?；具\(yùn)動狀態(tài)分別是：垂直運(yùn)動俯仰運(yùn)動滾轉(zhuǎn)運(yùn)動偏航運(yùn)動前后運(yùn)動和側(cè)向運(yùn)動四旋翼飛行器四旋翼飛行器在空間共有6個(gè)自由度（分別沿73垂直運(yùn)動：

在圖（a）中，因有兩對電機(jī)轉(zhuǎn)向相反，可以平衡其對機(jī)身的反扭矩，當(dāng)同時(shí)增加四個(gè)電機(jī)的輸出功率，旋翼轉(zhuǎn)速增加使得總的拉力增大，當(dāng)總拉力足以克服整機(jī)的重量時(shí)，四旋翼飛行器便離地垂直上升；反之，同時(shí)減小四個(gè)電機(jī)的輸出功率，四旋翼飛行器

則垂直下降，直至平衡落地，實(shí)現(xiàn)了沿z軸的垂直運(yùn)動，當(dāng)外界擾動量為零時(shí)，在旋翼產(chǎn)生的升力等于飛行器的自重時(shí)，飛行

器便保持懸停狀態(tài)。保證

四個(gè)旋翼轉(zhuǎn)速同步增加或

減小是垂直運(yùn)動的關(guān)鍵。

四旋翼飛行器垂直運(yùn)動：四旋翼飛行器74俯仰運(yùn)動：

在圖（b）中，電機(jī)1的轉(zhuǎn)速上升，電機(jī)3轉(zhuǎn)速下降，電機(jī)2、電機(jī)4的轉(zhuǎn)速保持不變。為了不因?yàn)樾磙D(zhuǎn)速的改變引起四旋翼飛行器整體扭矩及總拉力改變，旋翼1與旋翼3轉(zhuǎn)速改變量的大小應(yīng)相等。由于旋翼1的升

力上升，旋翼3的升力下降，

產(chǎn)生的不平衡力矩使機(jī)身繞y軸旋轉(zhuǎn)（方向如圖所示），

同理，當(dāng)電機(jī)1的轉(zhuǎn)速下降，

電機(jī)3的轉(zhuǎn)速上升，機(jī)身便繞y軸向另一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)飛行器的俯仰運(yùn)動。也就是說

通過這實(shí)現(xiàn)了四軸飛行器的翻

轉(zhuǎn)。四旋翼飛行器俯仰運(yùn)動：四旋翼飛行器75滾轉(zhuǎn)運(yùn)動：

滾轉(zhuǎn)運(yùn)動與俯仰運(yùn)動一樣，同樣是為了實(shí)現(xiàn)四軸飛行器的翻轉(zhuǎn)。只不過俯仰運(yùn)動改變的是電機(jī)1、3的轉(zhuǎn)速，保持電機(jī)2、4的轉(zhuǎn)速不變，使得四軸飛行器繞y軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。而滾轉(zhuǎn)運(yùn)動則是改變電機(jī)2、4的轉(zhuǎn)速，保持電機(jī)1、3轉(zhuǎn)速不變，使四軸飛行器繞x軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。原理如圖（c）示：

四旋翼飛行器滾轉(zhuǎn)運(yùn)動：四旋翼飛行器76

偏航運(yùn)動：

四旋翼飛行器偏航運(yùn)動可以借助旋翼產(chǎn)生的反扭矩來實(shí)現(xiàn)。旋翼轉(zhuǎn)動過程中由于空氣阻力作用會形成與轉(zhuǎn)動方向相反的反扭矩，為了克服反扭矩影響，可使四個(gè)旋翼中的兩個(gè)正轉(zhuǎn)，兩個(gè)反轉(zhuǎn)，且對角線上的旋翼轉(zhuǎn)動方向相同。

反扭矩的大小與旋翼轉(zhuǎn)速有關(guān)，當(dāng)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速同時(shí)，四個(gè)旋翼產(chǎn)生的反

扭矩相互平衡，四旋翼飛行器不發(fā)生轉(zhuǎn)動；當(dāng)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速不完全相同時(shí)，不平衡的反扭矩會引起四

旋翼飛行器轉(zhuǎn)動。在圖d中，當(dāng)電機(jī)1和電機(jī)3的轉(zhuǎn)速上升，電機(jī)2和電機(jī)4的轉(zhuǎn)速下降時(shí)，旋翼1和旋翼3對機(jī)身

的反扭矩大于旋翼2旋翼4對機(jī)身的反扭矩，

機(jī)身便在富余反扭矩的作

用下繞z軸轉(zhuǎn)動，

實(shí)現(xiàn)飛行器的偏航運(yùn)動，

轉(zhuǎn)向與電機(jī)1、電機(jī)3的

轉(zhuǎn)向相

反。原理如圖

（d）示：四旋翼飛行器偏航運(yùn)動：四旋翼飛行器77前后運(yùn)動與側(cè)向運(yùn)動：

要想實(shí)現(xiàn)飛行器在水平面內(nèi)前后、左右的運(yùn)動，必須在水平電機(jī)轉(zhuǎn)速不變，反扭矩仍然要保持平衡。按圖b的面內(nèi)對飛行器施加一定的力。在圖e中，增加電機(jī)3轉(zhuǎn)速，使拉力增大，相應(yīng)減小電機(jī)1轉(zhuǎn)速，使拉力減小，同時(shí)保持其它兩個(gè)，飛行器首先發(fā)生一定程度的傾斜，從而使

旋翼拉力產(chǎn)生水平分量，因此可以實(shí)現(xiàn)飛行器的前飛運(yùn)動。向后飛行與向前飛行正好相反；四旋翼飛行器前后運(yùn)動與側(cè)向運(yùn)動：四旋翼飛行器78同理，根據(jù)四軸飛行器前后運(yùn)動的工作原理，將飛行器x、y軸上的電機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行互換便可以實(shí)現(xiàn)飛行器側(cè)向運(yùn)動，原理圖如圖（f）所示。四旋翼飛行器同理，根據(jù)四軸飛行器前后運(yùn)動的工作原理，將飛行器x、y軸上的79四旋翼飛行器多旋翼主要參數(shù)——總體參數(shù)，是總體方案的設(shè)計(jì)變量，對方案有著決定性的影響。主要包括：多旋翼總重G、槳盤載荷p、功率載荷q、旋翼實(shí)度和槳尖速度ΩR等1）槳盤載荷p旋翼的拉力（近似等于G）與旋翼槳盤面積之比2）功率載荷qP和q值可定義為：四旋翼飛行器多旋翼主要參數(shù)——總體參數(shù)，是總體方案的設(shè)計(jì)變量80由（3）和（4）得到：圖4-1槳盤載荷對功率載荷的影響其中：（5）（6）四旋翼飛行器由（3）和（4）得到：圖4-1槳盤載荷對功率載荷的影響其813）旋翼實(shí)度對于矩形槳葉4）槳尖速度ΩR

R確定后，槳尖速度決定旋翼軸轉(zhuǎn)速n（7）四旋翼飛行器3）旋翼實(shí)度對于矩形槳葉4）槳尖速度ΩRR確定后，槳尖速度82電機(jī)：

電機(jī)也就是馬達(dá)，可以說電機(jī)是四旋翼飛行器的基礎(chǔ)配件之一。電機(jī)分為有刷和無刷兩種，在四軸飛行器中無刷是主流，

不管什么牌子的電機(jī)，具體都要對應(yīng)4位這類數(shù)字如2212電機(jī)什么的，其中前面2位是電機(jī)轉(zhuǎn)子的直徑，后面2位是電機(jī)轉(zhuǎn)子的高度。簡單來說，前面2位越大，電機(jī)越肥，后面2位越大，電機(jī)越高。

另外，每個(gè)無刷電機(jī)都會標(biāo)準(zhǔn)多少kv值，這個(gè)kv是外加1v電壓對應(yīng)的每分

鐘空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，例如：1000kv電機(jī)，外加1v電壓，電機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)每分鐘轉(zhuǎn)100加2v電

壓，電機(jī)空轉(zhuǎn)就2000轉(zhuǎn)了。四旋翼飛行器電機(jī)：四旋翼飛行器83四旋翼飛行器四旋翼飛行器84四旋翼飛行器四旋翼飛行器85四旋翼飛行器四旋翼飛行器86四旋翼飛行器四旋翼飛行器87四旋翼飛行器四旋翼飛行器88無人機(jī)駕駛員航空知識手冊培訓(xùn)教材(多旋翼)課件89四旋翼飛行器四旋翼飛行器90無人機(jī)駕駛員航空知識手冊培訓(xùn)教材(多旋翼)課件91電調(diào)：

電調(diào)都會標(biāo)上多少A，如20a電調(diào)就是電子調(diào)速器。電調(diào)的作用就是將飛控板的控制信號，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鞯拇笮。钥刂齐姍C(jī)的轉(zhuǎn)速，因?yàn)殡姍C(jī)的電流是很大的，通常每個(gè)電機(jī)同時(shí)正常工作時(shí)，如果沒有電調(diào)的存在，飛控板根本無法承受這樣大的電流（另外也沒驅(qū)動無刷電機(jī)的功能）。同時(shí)電調(diào)在四軸當(dāng)中還充當(dāng)了電壓變化器的作用，將電壓變?yōu)?v為飛控板和遙控器供電，40a這個(gè)數(shù)字就是電調(diào)能夠提供的電流。大電流的電調(diào)可以兼容用在小電

流的地方。小電流電調(diào)不能超標(biāo)使用。

四旋翼飛行器電調(diào)：四旋翼飛行器92無人機(jī)駕駛員航空知識手冊培訓(xùn)教材(多旋翼)課件93對于航模用的無刷直流電機(jī)，轉(zhuǎn)速精度要求并不很高，使用開環(huán)控制方式就可滿足要求。外轉(zhuǎn)子電機(jī)內(nèi)部構(gòu)造對于航模用的無刷直流電機(jī)，轉(zhuǎn)速精度要求并不很高，外轉(zhuǎn)子電機(jī)內(nèi)94無刷電機(jī)拆解無刷電機(jī)拆解95AB通電AC通電四旋翼飛行器AB通電AC通電四旋翼飛行器96四旋翼飛行器四旋翼飛行器97四旋翼飛行器四旋翼飛行器98霍耳效應(yīng)器件，霍耳效應(yīng)測量器件可以根據(jù)轉(zhuǎn)子不同位置時(shí)的不同磁場方向分布情況輸出位置信號，一般在電機(jī)的不同位置上裝三個(gè)霍爾傳感器，就可測出轉(zhuǎn)子的位置。這就是所謂的“有感無刷電機(jī)的驅(qū)動”?！盁o感”測量方式。利用第三相的感生電動勢。無感驅(qū)動方式的優(yōu)點(diǎn)在于省略了三個(gè)霍爾傳感器，整套系統(tǒng)分量更輕，結(jié)構(gòu)更簡單。其缺點(diǎn)在于啟動比較麻煩，啟動的時(shí)候可控性較差，要達(dá)到一定轉(zhuǎn)速后才變得可控。四旋翼飛行器霍耳效應(yīng)器件，“無感”測量方式。四旋翼飛行器99螺旋槳：

螺旋槳一般有兩葉和三葉兩種類型

同電機(jī)類似，槳的型號也有10X8這些數(shù)字，前面代表槳的直徑,后面2位是槳的角度(槳距)。

另外，四軸飛行為了抵消螺旋槳的自旋，相隔的

槳旋轉(zhuǎn)方向是不一樣的，所以需要正反槳。正反槳的風(fēng)都向下吹。適合順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的叫正漿、適合逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的是反漿。正反槳需要精確配平。四旋翼飛行器螺旋槳：四旋翼飛行器100四旋翼飛行器螺旋槳的參數(shù)：

直徑、螺距、槳葉扭轉(zhuǎn)分布、槳葉弦長分布、槳葉實(shí)度、槳葉翼型。直徑：D螺距：螺旋槳旋轉(zhuǎn)一周，劈開空氣旋轉(zhuǎn)的距離H，一般定義70%或75%處為名義螺距槳距測量：phy7=atan（H/Pi/D/0.7）螺距表征了螺旋槳旋轉(zhuǎn)一周帶動空氣前進(jìn)的名義距離，螺距越大，越適應(yīng)高速前飛。四旋翼飛行器螺旋槳的參數(shù)：直徑：D槳距測量：phy7=ata101槳葉槳轂槳尖槳根后緣前緣四旋翼飛行器槳葉槳轂槳尖槳根后緣前緣四旋翼飛行器102

槳葉的平面形狀很多，使用較多的有三種：四旋翼飛行器槳葉的平面形狀很多，使用較多的有三種：四旋翼飛行器103Rr螺旋槳直徑D螺旋槳半徑R剖面半徑

r相對半徑r/R槳弦b四旋翼飛行器Rr螺旋槳直徑D螺旋槳半徑R剖面半徑r相對半徑r/R104αγφ槳弦相對氣流旋轉(zhuǎn)面槳葉角φ：槳弦和旋轉(zhuǎn)面之間的夾角槳葉迎角α：槳弦和入流（即相對氣流）之間的夾角入流角γ：入流和旋轉(zhuǎn)面之間的夾角四旋翼飛行器αγφ槳弦相對氣流旋轉(zhuǎn)面槳葉角φ：槳弦和旋轉(zhuǎn)面之間的夾角槳105第三章第頁106

飛行中，螺旋槳是一面旋轉(zhuǎn)一面前進(jìn)的。螺旋槳剖面具有兩個(gè)速度：一個(gè)是前進(jìn)速度v,一個(gè)是圓周速度（切向速度）u。

右圖為槳葉切面上某一點(diǎn)的運(yùn)動軌跡四旋翼飛行器第三章第頁43飛行中，螺旋槳是一面旋轉(zhuǎn)106無人機(jī)駕駛員航空知識手冊培訓(xùn)教材(多旋翼)課件107飛控板：

飛控板就是飛行器的大腦，如果沒有飛控板，四軸飛行器就會因?yàn)榘惭b、外界干擾、零件之間的不一致型等原因形成飛行力量不平衡，后果就是左右、上下的胡亂翻滾，根本無法飛行，飛控板的作用就是通過飛控板上的陀螺儀，對四軸飛行狀態(tài)進(jìn)行快速調(diào)整，如發(fā)現(xiàn)右邊力量大，向左傾斜，那么就減弱右邊電流輸出，電機(jī)變慢，升力變小，自然就不再向左傾斜。四旋翼飛行器APM飛控板：四旋翼飛行器APM108四旋翼飛行器四旋翼飛行器109無人機(jī)駕駛員航空知識手冊培訓(xùn)教材(多旋翼)課件110

遙控器：通道數(shù)：遙控器控制的動作路數(shù)