無(wú)人機(jī)揭秘01無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)02無(wú)人機(jī)飛行原理CONTENTS目錄無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)旋翼無(wú)人機(jī)由飛行器機(jī)架、飛行控制系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、遙控器、遙控系統(tǒng)和云臺(tái)相機(jī)等6大構(gòu)成部分機(jī)架動(dòng)力系統(tǒng)（螺旋槳/電機(jī)/電調(diào)）控制系統(tǒng)（控制器/陀螺儀/加速度計(jì)/氣壓計(jì)/GPS）遙控系統(tǒng)（遙控器/接收器）云臺(tái)相機(jī)無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)機(jī)架是指多旋翼飛行器的機(jī)身架，是整個(gè)飛行系統(tǒng)的飛行載體。一般使用高強(qiáng)度重量輕的材料，例如碳纖維、玻璃纖維、樹(shù)脂等材料。機(jī)架大小，取決于槳翼的尺寸及電機(jī)的體積：槳翼愈長(zhǎng)，馬達(dá)愈大，機(jī)架大小便會(huì)隨之而增加。機(jī)架無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)旋翼無(wú)人機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)主要由螺旋槳、電機(jī)（馬達(dá)）和電池所組成。當(dāng)槳翼旋轉(zhuǎn)時(shí)，便可以產(chǎn)生反作用力來(lái)帶動(dòng)機(jī)體飛行。系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有電調(diào)控制器，用于調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。動(dòng)力系統(tǒng)（螺旋槳/電機(jī)/電調(diào)）無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)由電動(dòng)機(jī)主體和驅(qū)動(dòng)器組成，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。在整個(gè)飛行系統(tǒng)中，起到提供動(dòng)力的作用電機(jī)螺旋槳是通過(guò)自身旋轉(zhuǎn)，將電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)功率轉(zhuǎn)化為動(dòng)力的裝置。在整個(gè)飛行系統(tǒng)中，槳葉主要起到提供飛行所需的動(dòng)能。按材質(zhì)一般可分為尼龍槳，碳纖維槳和木槳等螺旋槳電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。在整個(gè)飛行系統(tǒng)中，電池作為能源儲(chǔ)備，為整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)和其他電子設(shè)備提供電力來(lái)源。目前在多旋翼飛行器上，一般采用鋰電池。電池電子調(diào)速器，英文electronicspeedcontroller,簡(jiǎn)稱ESC。在整個(gè)飛行系統(tǒng)中，電調(diào)主要提供驅(qū)動(dòng)電機(jī)的指令，來(lái)控制電機(jī)，完成規(guī)定的速度和動(dòng)作等。電調(diào)無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)飛行控制系統(tǒng)集成了高精度的感應(yīng)器元件，主要由陀螺儀（飛行姿態(tài)感知），加速計(jì)，角速度計(jì)，氣壓計(jì)，GPS及指南針模塊（可選配），以及控制電路等部件組成。通過(guò)高效的控制算法內(nèi)核，能夠精準(zhǔn)地感應(yīng)并計(jì)算出飛行器的飛行姿態(tài)等數(shù)據(jù)，再通過(guò)主控制單元實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位懸停和自主平穩(wěn)飛行?？刂葡到y(tǒng)（控制器/陀螺儀/加速度計(jì)/氣壓計(jì)/GPS）無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)飛行控制系統(tǒng)的核心，通過(guò)它將IMU、GPS指南針、舵機(jī)和遙控接收機(jī)等設(shè)備接入飛行控制系統(tǒng)從而實(shí)現(xiàn)飛行器自主飛行功能。主控單元包含GPS模塊和指南針模塊，用于精確確定飛行器的方向及經(jīng)緯度。對(duì)于失控保護(hù)自動(dòng)返航，精準(zhǔn)定位懸停等功能的實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要GPS模塊用于實(shí)時(shí)顯示飛行狀態(tài)，是飛行過(guò)程中必不可少的，它能幫助飛手實(shí)時(shí)了解飛行狀態(tài)。LED顯示模塊包含3軸加速度計(jì)、3軸角速度計(jì)和氣壓高度計(jì)，是高精度感應(yīng)飛行器姿態(tài)、角度、速度和高度的元器件集合體。慣性測(cè)量單元（IMU）飛行控制系統(tǒng)一般主要由主控單元、IMU（慣性測(cè)量單元）、GPS指南針模塊、LED指示燈模塊等部件組成無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)遙控系統(tǒng)由遙控器和接收器組成，是整個(gè)飛行系統(tǒng)的無(wú)線控制終端。4軸無(wú)人機(jī)起碼要有4條頻道來(lái)傳送信號(hào)，以便分別控制前后左右4組旋軸和馬達(dá)遙控系統(tǒng)（遙控器/接收器）無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)云臺(tái)系統(tǒng)作為無(wú)人機(jī)航拍不可缺少的設(shè)備，主要用以穩(wěn)定相機(jī)，從而拍攝出穩(wěn)定流暢的畫(huà)面。云臺(tái)一般會(huì)內(nèi)置有兩組電機(jī)，分別負(fù)責(zé)云臺(tái)的上下擺動(dòng)和左右搖動(dòng)，讓架設(shè)在云臺(tái)上的攝像機(jī)可維持旋轉(zhuǎn)軸不變，令航拍畫(huà)面不會(huì)因飛行器震動(dòng)而晃動(dòng)起來(lái)。云臺(tái)相機(jī)01無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)02無(wú)人機(jī)飛行原理CONTENTS目錄無(wú)人機(jī)飛行原理哆啦A夢(mèng)有個(gè)神奇的寶貝—竹蜻蜓，戴在頭上可以自由的在空中翱翔。但是如果現(xiàn)在真有人發(fā)明出一模一樣的竹蜻蜓，肯定是不愿意戴的。因?yàn)轱w起來(lái)的效果是這樣的：螺旋槳瘋狂旋轉(zhuǎn)，人也向反方向瘋狂旋轉(zhuǎn)。無(wú)人機(jī)飛行原理根據(jù)牛頓第三定律，旋翼在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，也會(huì)同時(shí)向電機(jī)施加一個(gè)反作用力（反扭矩），促使電機(jī)向反方向旋轉(zhuǎn)。這也是為什么現(xiàn)在的直升機(jī)都會(huì)帶一個(gè)“小尾巴”，在水平方向上施加一個(gè)力，去抵消這種反作用力，保持直升機(jī)機(jī)身的穩(wěn)定。而回到四旋翼飛行器上，它的螺旋槳也會(huì)產(chǎn)生這樣的力，所以為了避免飛機(jī)瘋狂自旋，四旋翼飛機(jī)的四個(gè)螺旋槳中，相鄰的兩個(gè)螺旋槳旋轉(zhuǎn)方向是相反的。無(wú)人機(jī)飛行原理多旋翼飛行器是通過(guò)調(diào)節(jié)多個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)改變螺旋槳轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)升力的變化，進(jìn)而達(dá)到飛行姿態(tài)控制的目的。以四旋翼飛行器為例，飛行原理如圖所示，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)，因此飛行器平衡飛行時(shí)，陀螺效應(yīng)和空氣動(dòng)力扭矩效應(yīng)全被抵消。正槳正槳反槳反槳前面1423無(wú)人機(jī)飛行原理多旋翼飛行器可以通過(guò)調(diào)節(jié)不同電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)3個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)，分別為：升降、俯仰、橫滾和偏航。無(wú)人機(jī)飛行原理垂直運(yùn)動(dòng)，即升降控制兩對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)向相反，可以平衡其對(duì)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)了垂直運(yùn)動(dòng)。當(dāng)外界擾動(dòng)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(dòng)的關(guān)鍵。無(wú)人機(jī)飛行原理俯仰運(yùn)動(dòng)，即前后控制如圖電機(jī)3、4的轉(zhuǎn)速上升，電機(jī)1、2的轉(zhuǎn)速下降。由于飛機(jī)后部的升力大于飛機(jī)前部，飛機(jī)的姿態(tài)會(huì)向前傾斜。傾斜時(shí)的側(cè)面平視如圖，這時(shí)螺旋槳產(chǎn)生的升力除了在豎直方向上抵消飛機(jī)重力外，還在水平方向上有一個(gè)分力，這個(gè)分力就讓飛機(jī)有了水平方向上的加速度，飛機(jī)也因而能向前飛行。