多旋翼飞行器原理

浅谈多旋翼无人机避障系统1. 引言1.1 多旋翼无人机简介多旋翼无人机是一种以多个旋翼为主要推进装置的无人驾驶飞行器。

相比传统固定翼飞机，多旋翼无人机更为灵活多变，能够实现垂直起降和定点悬停等特殊飞行动作。

这种飞行器在军事、民用和科研领域有着广泛的应用。

多旋翼无人机不仅可以用于侦察、监测、搜救等任务，还可以用于航拍、地形测绘、农业喷洒等民用领域。

多旋翼无人机的工作原理是通过控制不同旋翼的转速实现飞行方向的调节。

通常，多旋翼无人机的旋翼数量在四个以上，最常见的为四旋翼和六旋翼。

这些旋翼通常由无刷电机驱动，可根据飞行任务的需要搭载各种传感器和设备。

多旋翼无人机的简单设计和易操作性使得它成为了无人机市场中的主力产品之一。

随着无人机技术的不断发展，多旋翼无人机的避障系统也日益完善，为其在复杂环境下的应用提供了更大的可能性。

1.2 避障系统概述避障系统是多旋翼无人机中至关重要的部分，其作用是保证无人机在飞行过程中能够避开障碍物，保证飞行的安全性和稳定性。

随着无人机技术的不断发展，避障系统也在不断改进和完善。

在避障系统中，传感器技术扮演着至关重要的角色，通过传感器对周围环境进行实时监测和感知，为无人机提供必要的信息，帮助其做出正确的飞行决策。

除了传感器技术，机载计算能力也是影响多旋翼无人机避障性能的重要因素。

机载计算能力的提升能够帮助无人机更快速地做出决策，提高避障的效率和准确性。

避障算法的研究也是避障系统中的关键内容，不断优化和改进避障算法能够使无人机更加灵活和智能地躲避障碍物。

避障系统是多旋翼无人机中不可或缺的一部分，其不仅关乎飞行安全和稳定性，也是无人机智能化和自主化的重要体现。

随着技术的不断进步和发展，多旋翼无人机的避障系统也将会不断提升和完善，为无人机的应用领域带来更广阔的发展空间。

2. 正文2.1 传感器技术在多旋翼无人机避障中的应用传感器技术在多旋翼无人机避障中的应用是非常关键的。

传感器可以实时获取周围环境的信息，包括距离、位置、速度等数据，为无人机提供准确的导航和避障能力。

多旋翼evtol技术原理全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：随着城市交通越来越拥挤，传统陆地交通方式的瓶颈日益凸显。

人们对于更高效、更便捷的出行方式的需求也越来越迫切。

而在这个背景下，多旋翼eVTOL技术成为了备受瞩目的交通未来方向之一。

eVTOL（Electric Vertical Takeoff and Landing）即垂直起降式电动飞行器，是一种以电动推进系统为动力的垂直起降无人机。

相比于传统的飞行器，eVTOL在动力系统、起降方式、飞行模式等方面都具有独特的优势。

而多旋翼则是一种多个旋翼共同工作，实现飞行的飞行器结构形式，可实现垂直起降和稳定飞行。

多旋翼eVTOL技术的原理主要包括以下几个方面：1. 电动推进系统：eVTOL采用电动推进系统作为动力装置，相比传统的燃油动力，在能源利用效率、环保性等方面更具优势。

电动推进系统包括电池、电动机、电子速控等组件，通过电能转化为机械能驱动旋翼转动，实现飞行。

2. 多旋翼结构：多旋翼eVTOL采用多个旋翼进行协同工作，使得飞行器能够实现垂直起降和稳定飞行。

不同于传统直升机的旋翼数量较少，多旋翼eVTOL通常采用4个以上的旋翼作为动力装置。

3. 飞行控制系统：多旋翼eVTOL飞行过程中需要进行精准的飞行控制，以实现稳定飞行和精准操作。

飞行控制系统包括传感器、控制算法、执行机构等多个部分，通过实时监测飞行状态和环境情况，以及调节电力输出和控制旋翼转速，实现飞行器的操控。

4. 高度保护系统：在多旋翼eVTOL飞行中，高度保护系统是至关重要的。

通过高度传感器实时监测飞行器的高度，以及控制飞行器的升降，确保飞行器在不同高度下的稳定飞行和安全降落。

5. 能量管理系统：eVTOL飞行器的电池容量和能量管理系统设计对于飞行时间、载荷能力等方面都有着重要影响。

能量管理系统需要根据飞行任务需求和电池状态实时调整能源输出，以确保飞行器能够完成飞行任务。

多旋翼eVTOL技术的发展不仅可以改变未来城市交通的面貌，也有望推动航空运输行业的进步。

多旋翼飞行原 理
俯仰运动，即前后控制
在图（b）中，电机1的转速上升，电机3的转速下降，电机 2、电机4的转速保持不变。为了不因为旋翼转速的改变引起四 旋翼飞行器整体扭矩及总拉力改变，旋翼1与旋翼3转速该变量 的大小应相等。由于旋翼1的升力上升，旋翼3的升力下降，产 生的不平衡力矩使机身绕y轴旋转（方向如图所示），同理，当 电机1的转速下降，电机3的转速上升，机身便绕y轴向另一个方 向旋转，实现飞行器的俯仰运动。
多旋翼飞行器的构造
风火轮F550(PA66+30GF)
筋斗云S1000(碳纤维)
电机 电机是由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电 一体化产品。在整个飞行系统中，起到提供动力的作用。
多旋翼飞行器的构造
电调 电调全称电子调速器，英文electronic speed controller,简称ESC。在整个飞行系统中，电调主要提供驱 动电机的指令，来控制电机，完成规定的速度和动作等。
多旋翼飞行器的构造
普通锂电池
智能锂电池
遥控系统 遥控系统由遥控器和接收机组成，是整个飞行系统的无 线控制终端。
多旋翼飞行器的构造
遥控器
接收机
飞行控制系统
飞行控制系统集成了高精度的感应器元件，主要由陀螺仪 （飞行姿态感知），加速计，角速度计，气压计，GPS及指南针 模块（可选配），以及控制电路等部件组成。通过高效的控制算 法内核，能够精准地感应并计算出飞行器的飞行姿态等数据，再 通过主控制单元实现精准定位悬停和自主平稳飞行。根据机型的 不一样，可以有不同类型的飞行辅助控制系统，有支持固定翼、 多旋翼及直升机的飞行控制系统。
多旋翼飞行器的构造
A2多旋翼飞控
NAZA多旋翼飞控
ACE ONE多旋翼飞控 NAZA-H多旋翼飞控

Re1
Re2
Cx
0
������
4．翼型的极曲线
把翼型升力特性和阻力特性结合起来，构成表示翼型升 力系数和阻力系数的关系曲线，称为极线。
从极线中还可以找出五个特征点：
①型阻系数最小值Cxmin点。 ②最有利状态点（Cy/Cx）max点。 ⑧最经济状态点（Cy3/2/Cx）max点。 ④升力系数最大点Cymax点。 ⑤零升阻力系数Cx0点。
翼型的主要类型（1）
翼型一般都有名称，是用设计者或者研究机构名字的缩写加上数字来 表示的。随着航空科学的发展，世界各主要航空发达的国家都设计出了大 量高性能的翼型，建立了各种翼型系列。美国有NACA系列，德国有DVL 系列，英国有RAE系列，俄罗斯有ЦΑΓИ系列等。这些翼型的资料包括几 何特性和气动特性，可供飞行器气动设计人员选取合适的翼型。
影响翼型空气动力的因素（3）
3．音障 音障是一种物理现象，当飞行器的速度接近音速时，将 会逐渐追上自己发出的声波。声波叠合累积的结果，会造成 震波的产生，进而对飞行器的加速产生障碍，而这种因为音 速造成提升速度的障碍称为音障。突破音障进入超音速后， 从飞行器最前端起会产生一股圆锥形的音锥，这股震波如爆 炸一般，故称为音爆或声爆。 强烈的音爆不仅会对地面建筑物产生损害，对于飞行 器本身伸出冲击面之外部分也会产生破坏。而音障不单单仅 有声波，还有来自空气的阻力，对于多旋翼无人机旋翼而言 ，当旋翼桨叶桨尖接近1马赫时，桨叶前方急速冲来的空气 不能够像平常一样通过旋翼扩散开，于是气体都堆积到了旋 翼和机体的周围，产生极大的压力，也会引发出一种看不见 的空气旋涡，俗称“死亡漩涡”，这也被叫做音障，如果旋翼 和机体不作特殊加固处理，那么将会被瞬间摇成碎片。
多旋翼无人机飞行安全保障措施

多旋翼无人机的组成1.光流定位系统光流（optic flow），从本质上说，就是我们在三维空间中视觉感应可以感觉到的运动模式，即光线的流动。

例如，当我们坐在车上的时候往窗外观看，可以看到外面的物体，树木，房屋不断的后退运动，这种运动模式是物体表面在一个视角下由视觉感应器（人眼或者摄像头等）感应到的物体与背景之间的相对位移。

光流系统不但可以提供物体相对的位移速度，还可以提供一定的角度信息。

而相对位移的速度信息可以通过积分获得相对位置信息2. 全球卫星导航系统GPS系统是美国从上世纪70年代开始研制并组建的卫星系统，可以利用导航卫星进行目标的测距和测速，具备在全球任何位置进行实时的三维导航定位的能力，是目前应用最广泛的精密导航定位系统北斗系统是中国为了实现区域及全球卫星导航定位系统的自主权与主导地位而建设的一套卫星定位系统，用于航空航天、交通运输、资源勘探、安防监管等导航定位服务。

北斗系统采用5颗静止同步轨道卫星和30颗非同步轨道卫星组成，是中国独立自主研制建设的新一代卫星导航系统。

GLONASS是俄罗斯在前苏联时期建立的卫星定位系统，但由于缺乏资金维护，目前系统的可用卫星从最初的24颗卫星减少到2015年的17颗可用在轨卫星，导致系统的可用性和定位精度逐步的下降。

欧盟的伽利略导航卫星系统是由欧洲自主、独立的民用全球卫星导航系统，不过目前为止该系统还只是计划方案，计划总共包含27颗工作卫星，3颗为候补卫星，此外还包含2个地面控制中心，但由于该计划由欧盟共同经营，同时与内部私企合营，各部分利益难以平衡，计划实施则一再推迟，目前还无法独立使用。

3.高度计由于全球定位系统GNSS的缺陷，它的高度信息极为不准确，通常偏差达几十米甚至更大，无人机系统的高度测量需要额外的设备来辅助测量。

常用的高度传感器主要包含超声波传感器和气压高度传感器，此外还有激光高度计和微波雷达高度计等。

气压高度计的原理是地球上测量的大气压力在一定方位内是与相对海拔高度呈现对应关系的。

多旋翼evtol技术原理概述说明以及解释1. 引言1.1 概述在当今现代社会中，出行交通方式的创新与进化一直是人们关注的焦点。

随着科技的不断发展，电动垂直起降（eVTOL）技术作为一种全新的交通工具正在日益受到广泛关注和研究。

多旋翼eVTOL作为其中一种重要类型，在其相对小型、机动性强以及能够实现垂直起降等特点方面具备巨大潜力。

本文将深入探讨多旋翼eVTOL技术原理、应用领域以及相关发展前景。

1.2 文章结构本文共分为五个部分进行详细论述：引言、多旋翼eVTOL技术原理、多旋翼eVTOL技术说明、多旋翼eVTOL应用领域探讨以及结论与展望。

通过这样的结构安排，我们有助于逐步了解多旋翼eVTOL技术的基本原理与概念，并深入了解其在不同领域中的广泛应用。

1.3 目的本文的主要目的是对多旋翼eVTOL技术进行概述和解释，帮助读者更好地理解这一创新交通工具的运行原理和设计要点。

同时，我们还将针对多旋翼eVTOL 技术在个人出行、城市交通、物流配送、紧急救援以及环境监测等领域中的应用进行深入探讨，并展望其未来发展前景和可能带来的社会影响与挑战。

最后，我们将给出一些建议，指明下一步多旋翼eVTOL技术研究的方向。

请注意，文中提到的多旋翼eVTOL技术是一种基于电动垂直起降概念的飞行器设计，可以实现从垂直起飞到水平飞行模式的转换。

2. 多旋翼evtol技术原理:2.1 多旋翼基本原理:多旋翼是一种通过多个旋转的机翼产生升力以实现飞行的设备。

它由多个垂直安装的电动螺旋桨组成，这些螺旋桨可以同时或分别控制转动来实现飞行任务。

通过调整不同螺旋桨的转速和/或俯仰角度，多旋翼能够在垂直起降和水平飞行之间进行平滑过渡。

2.2 eVTOL概念解释:eVTOL代表电动垂直起降，是一种使用电动螺旋桨或风扇进行垂直起降和水平飞行的飞行器。

与传统的垂直起降机相比，eVTOL采用了电动化推进系统，使其更加环保、安静且能效更高。

2.3 多旋翼eVTOL设计要点:在设计多旋翼eVTOL时，需要考虑以下几个要点：- 结构设计: 多旋翼eVTOL的结构应该具有良好的强度和刚度，在不影响性能的前提下尽可能减小重量。

多旋翼正常飞行倾斜角度概述及解释说明1. 引言1.1 概述本文将对多旋翼正常飞行倾斜角度进行概述和解释说明。

多旋翼是一种常见的无人机类型，通过多个电动马达驱动并控制旋转的螺旋桨来实现飞行。

在多旋翼飞行过程中，倾斜角度起着重要的作用，影响着其稳定性和性能。

1.2 文章结构本文主要包含四个部分：引言、正文、解释说明和结论。

引言部分将简要介绍本文的内容概述以及文章的结构安排。

正文部分将详细探讨多旋翼飞行原理、倾斜角度对飞行的影响以及测量方法。

解释说明部分将阐述多旋翼正常飞行倾斜角度的定义和范围、影响因素以及与稳定性之间的关系。

最后，结论部分将总结多旋翼正常飞行倾斜角度的重要性与应用场景，并提出优化和控制建议以及未来发展方向。

1.3 目的本文旨在深入了解多旋翼正常飞行倾斜角度，并揭示其在多旋翼飞行中的重要性和影响。

通过对倾斜角度的测量、分析和控制，可以提升多旋翼的稳定性和飞行性能，推动多旋翼技术的持续进步。

本文还将针对未来可能的发展方向和挑战进行探讨，以促进该领域更好地满足不同应用需求。

2. 正文：2.1 多旋翼飞行原理多旋翼是一种由多个旋翼组件组成的飞行器，每个旋翼都可以产生升力，并通过改变各个旋翼的转速实现飞行、悬停和转弯等动作。

多旋翼的飞行原理基于空气动力学中的牛顿第三定律，即对每个向下排放气流的气体力有一个等大反方向的反作用力。

2.2 倾斜角度对多旋翼飞行的影响倾斜角度指的是多旋翼在飞行过程中机身相对于水平面的倾斜角度。

倾斜角度直接影响了多旋翼在不同飞行阶段表现出的特性。

当多旋翼呈现前倾姿态时，它可以加快水平速度并减少下降速率；而后倾姿态则会减小速度、增加升力并提高机身稳定性。

2.3 多旋翼正常飞行倾斜角度的测量方法测量多旋翼正常飞行倾斜角度可以采用传感器技术，在无人机上安装三轴陀螺仪、加速度计和磁力计等传感器。

通过这些传感器可以实时监测多旋翼的姿态，并根据姿态信息计算出倾斜角度。

3. 解释说明：3.1 多旋翼正常飞行倾斜角度的定义和范围多旋翼正常飞行倾斜角度指的是在平稳飞行状态下，多旋翼呈现的机身倾斜角度范围。

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，在旋翼产生的升力等于飞行器的自重时，飞行器便保持悬停状态。

（2）俯仰运动：在图（b）中，电机1的转速上升，电机3 的转速下降（改变量大小应相等），电机2、电机4 的转速保持不变。

由于旋翼1 的升力上升，旋翼3 的升力下降，产生的不平衡力矩使机身绕y 轴旋转，同理，当电机1 的转速下降，电机3的转速上升，机身便绕y轴向另一个方向旋转，实现飞行器的俯仰运动。

（3）滚转运动：与图b 的原理相同，在图c 中，改变电机2和电机4的转速，保持电机1和电机3的转速不变，则可使机身绕x 轴旋转（正向和反向），实现飞行器的滚转运动。

（4）偏航运动：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。

（b）强度。抗拉强度就是试样拉断前承受的最大标称拉应力
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2.机身主体
起落架（Landing Gear）
作用： 1）支撑多旋翼重力 2）避免螺旋桨离地太近，而发生触碰 3）减弱起飞时的地效 4）消耗和吸收多旋翼在着陆时的撞击能量
图. 亿航 Ghost
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2.机身主体
多旋翼飞行器设计与控制
第二讲 多旋翼基本组成
大纲
1.总体介绍
2.机身主体
3.动力系统
4.控制系统
5.小结
6.作业
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1.总体介绍
接收器
自驾仪
GPS 电池
遥控器
机身主体+动力系统
地面站
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多旋翼系统实物图，图片主体来源于网站/
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一目的。
2）匹配的电机、电调和螺旋桨搭配，可以在相同的推力下 耗用更少的电量，这样就能延长多旋翼的续航时间。因此，选 择最优的螺旋桨是提高续航时间的一条捷径。
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3.动力系统
螺旋桨
（2）指标参数
1）型号
假设螺旋桨在一种不能流动的介质中旋转，那么螺旋桨每转
涵道
（1）作用
在一个流体系统，流速越快，流体 产生的压力就越小，这就是被称为 “流体力学之父”的丹尼尔·伯努 利1738年发现的“伯努利定理”。
1）保护桨叶和人身安全
2）提高升力效率
涵道
3）减少噪音
升力
（2）工作原理 工作原理为：当螺旋桨工作
时，进风口内壁空气速度快静
图片来源/yaokongfeiji/200806/19-207.html

飞行器航空器
无人多
旋翼轻于
空气
气球
飞艇
重于
空气
旋翼
固定翼
共轴、纵列、
横列双旋翼
多旋翼
自转旋
翼机
直升机
航天器
卫星
火箭
有人多
旋翼
升力的标准公式Lift=1/2 CyρV²S
结构子系统
机载链
路子系统遥控接收机、机载数传模块及天线、机载图传模块和天线
典型多
旋翼无人机系统链路
分系
统
飞行
器平
台分
系统
飞控子
系统
动力子
系统
机架、脚架、云台
主板控、飞控软件、外接式IMU、
GPS、其他外接传感器
桨、电机、电调、电池、充电器
地面
站分
系统
地面链
路子系
统
遥控子
系统
（操纵）
遥测子
系统
（显示）
遥控发射机杆、开关、键盘、鼠
标等
遥控发射机、地面数传模块和天
线、地面图传模块及天线
飞控地面站界面、图传显示屏、
OSD
飞控内外回路（姿态、位置）均不参与控制飞控内回路稳定姿态，外回路稳定位置，人来影响修正位置飞控内回路稳定姿态，人来影响姿态以改变位置军用:舵面遥控民用:纯手动模式
军用:姿态遥控
民用:姿态或曾稳模式
军用:人工修正
民用:GPS 模式
飞控内回路稳定姿态，外回路根据航点设置控制位置
军用:自主
民用:航线飞行
注意线的顺序
thanks。

八轴无人机的工作原理
八轴无人机是一种先进的无人飞行器，其工作原理基于多旋翼飞行器的设计。

八轴无人机由八个电动马达和八片旋翼组成。

工作原理可以简单概括为以下几个步骤：
1. 飞行控制系统：八轴无人机配备先进的飞行控制系统，可以实时监测飞行状
态并做出相应的调整。

该系统包括飞行控制器、陀螺仪和加速度计等关键组件。

2. 起飞和稳定性控制：八轴无人机的马达提供动力，使旋翼快速旋转。

旋翼的
旋转创建了向上的升力，使无人机离地起飞。

八轴设计使得无人机具备更好的稳定性，因为每个旋翼的提供的力量可以平衡其他旋翼的力量。

3. 姿态调节：飞行控制系统通过调整旋翼的转速和推力，控制无人机的姿态。

通过加减不同旋翼的转速，可以实现飞行器的前进、后退、向左或向右倾斜等动作。

4. 定位和导航：八轴无人机配备了多种定位和导航系统，如GPS、惯性导航系
统（INS）和视觉传感器。

这些系统可以获取无人机当前的位置和姿态信息，并将
其与预设的任务路径进行比较。

无人机可以根据导航系统提供的信息精确地飞向目标点。

5. 数据传输和控制：八轴无人机通常配备了数据传输和控制系统，可通过无线
技术与地面控制站进行通信。

飞行控制器可接收来自地面控制站的指令，并将飞行状态数据实时传回地面。

通过以上几个步骤，八轴无人机可以实现各种任务，例如航拍、物流配送、监
测和救援等。

其高度灵活的飞行控制系统和稳定性设计使其成为现代科技领域的重要工具。

八轴无人机的工作原理充分体现了多旋翼飞行器在无人机领域的应用前景和优势。

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，在旋翼产生的升力等于飞行器的自重时，飞行器便保持悬停状态。

（2）俯仰运动：在图（b）中，电机 1的转速上升，电机 3 的转速下降（改变量大小应相等），电机 2、电机 4 的转速保持不变。

由于旋翼1 的升力上升，旋翼 3 的升力下降，产生的不平衡力矩使机身绕 y 轴旋转，同理，当电机 1 的转速下降，电机 3的转速上升，机身便绕y轴向另一个方向旋转，实现飞行器的俯仰运动。

（3）滚转运动：与图 b 的原理相同，在图 c 中，改变电机 2和电机 4的转速，保持电机1和电机 3的转速不变，则可使机身绕 x 轴旋转（正向和反向），实现飞行器的滚转运动。

（4）偏航运动：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。

多旋翼飞行器的飞行原理《多旋翼飞行器的飞行原理》1. 引言你有没有抬头看到天上那嗡嗡飞着的多旋翼飞行器，像个小蜜蜂一样灵活自如，心里就特别好奇它到底是怎么飞起来的呢？今天啊，咱们就来好好唠唠多旋翼飞行器的飞行原理，从最基本的概念到它是怎么实际操作飞行的，还有在生活和高端技术里的应用，以及大家对它可能存在的一些误解，最后再给大家来点相关的趣味知识。

2. 核心原理2.1基本概念与理论背景多旋翼飞行器呢，说白了就是有好几个旋翼（螺旋桨）的飞行器。

这可不是啥新鲜玩意儿突然冒出来的，它的发展可是经历了好长一段时间呢。

它的飞行原理基于空气动力学的一些基本理论。

你就想啊，当旋翼转动的时候，就像你拿个扇子在扇风一样，会对空气产生一个作用力。

这个作用力根据牛顿第三定律，空气呢也会给旋翼一个反作用力，这个反作用力就是让飞行器能飞起来的关键。

2.2运行机制与过程分析多旋翼飞行器有不同的旋翼布局，咱们就拿最常见的四旋翼来说吧。

四旋翼飞行器有四个旋翼，两两相对。

当飞行器要起飞的时候，四个旋翼会同时开始转动。

上面的两个旋翼是逆时针转动的，下面的两个旋翼是顺时针转动的。

这就好比是两个人在拔河，力量要平衡才行。

如果都是朝着一个方向转，那飞行器就会像个陀螺一样不停地打转，根本飞不起来。

当要上升的时候，四个旋翼会加快转速，这样它们对空气产生的向下的作用力就更大了，空气给飞行器的向上的反作用力也就更大，飞行器就慢慢升起来了。

要向前飞呢，前面的两个旋翼会稍微降低一点转速，后面的两个旋翼转速不变或者稍微增加一点，这样飞行器就会向前倾斜，因为后面产生的向上的力比前面大一点，就把飞行器往前推了。

向后飞、向左飞和向右飞的原理也都差不多，就是通过调整不同旋翼的转速来改变飞行器的姿态和运动方向。

这就像是你走路的时候，要往左边走，就把左边的脚迈得大一点，右边的脚迈得小一点，身体就向左倾斜然后就往左走了。

3. 理论与实际应用3.1日常生活中的实际应用在咱们日常生活里，多旋翼飞行器的应用可多了去了。

多 旋 翼 飞 行 原 理
俯仰运动，即前后控制
在图（b）中，电机1的转速上升，电机3的转速下降，电机2、电机4的转
速保持不变。为了不因为旋翼转速的改变引起四旋翼飞行器整体扭矩及总拉力 改变，旋翼1与旋翼3转速该变量的大小应相等。由于旋翼1的升力上升，旋翼3 的升力下降，产生的不平衡力矩使机身绕y轴旋转（方向如图所示），同理，当 电机1的转速下降，电机3的转速上升，机身便绕y轴向另一个方向旋转，实现 飞行器的俯仰运动。
多 旋 翼 飞 行 原 理
垂直运动，即升降控制
在图（a）中，两对电机转向相反，可以平衡其对机身的反扭矩，当同时
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，在旋翼产生的升力等于飞行器的自重时，飞行器便保持 悬停状态。保证四个旋翼转速同步增加或减小是垂直运动的关键。
多 旋 翼 飞 行 器 的 构 造
A2多旋翼飞控
NAZA多旋翼飞控
ACE ONE直升机飞控
NAZA-H直升机飞控
多旋翼飞行器是通过调节多个电机转速来改变螺旋桨转速，实现升力的变 化，进而达到飞行姿态控制的目的。
多旋翼飞行原理详解
以四旋翼飞行器为例，飞行原理如下图所示，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，因此飞行器平衡飞行时，陀螺效应和空气
多 旋 翼 飞 行 器 的 构 造
风火轮F550(PA66+30GF)
筋斗云S1000(碳纤维)
电机
电机是由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。在整 个飞行系统中，起到提供动力的作用。

简述多旋翼无人机的飞行原理多旋翼无人机是一种利用多个电动螺旋桨产生升力和控制飞行姿态的飞行器。

其飞行原理主要涉及到气动学、动力学和控制理论等方面。

一、气动学原理1. 空气动力学基础空气是一种流体，当物体在空气中运动时，会受到空气的阻力和升力的作用。

升力是垂直于流体运动方向的力，它是由于物体表面上方的流体速度比下方快而产生的。

根据伯努利定律，速度越快的流体压强越低，因此在物体表面上方形成了一个低压区域，从而产生了升力。

2. 旋翼产生升力原理多旋翼无人机利用电动螺旋桨产生升力。

螺旋桨是一种叶片形状呈扁平椭圆形的转子，在转动时会将周围空气向下推送，从而产生反作用力使得无人机获得向上的升力。

同时，螺旋桨还可以通过改变叶片角度来调节升降速度。

3. 旋翼产生的气流对姿态控制的影响旋翼产生的气流会对无人机的姿态控制产生影响。

例如，当无人机向前飞行时，前方螺旋桨产生的气流会使得无人机头部上仰；而后方螺旋桨产生的气流则会使得无人机头部下俯。

因此，通过调节各个螺旋桨的转速和叶片角度来实现姿态控制。

二、动力学原理1. 动力学基础动力学是研究物体运动状态和运动规律的学科。

在多旋翼无人机中，电动螺旋桨提供了推力，从而使得无人机具有向上飞行的能力。

2. 电动螺旋桨推力计算电动螺旋桨推力与其转速和叶片角度有关。

一般来说，推力与转速成正比，与叶片角度成平方关系。

因此，在设计多旋翼无人机时需要根据所需升降速度和搭载重量等因素来确定电动螺旋桨数量、大小和转速等参数。

三、控制理论原理1. 控制理论基础控制理论是研究如何使系统达到期望状态的学科。

在多旋翼无人机中，通过调节各个螺旋桨的转速和叶片角度来实现姿态控制和飞行控制。

2. 姿态控制姿态控制是指调节无人机的姿态，使其保持稳定飞行。

一般来说，可以通过加速度计、陀螺仪和罗盘等传感器来获取无人机的姿态信息，然后通过PID控制器等算法来调节螺旋桨转速和叶片角度。

3. 飞行控制飞行控制是指调节无人机的飞行状态，包括升降、前进、后退、左右平移等动作。

多旋翼飞行器是一种新型的无人机，它利用多个围绕中心旋转的旋翼来提供升力和推进力。

多旋翼飞行器通常由三个或更多个旋翼组成，每个旋翼都可以独立控制。

这种设计使得多旋翼飞行器具有良好的操控性和稳定性，因此在军事、民用和娱乐领域得到了广泛的应用。

而要理解多旋翼飞行器，首先需要了解各个旋翼的作用以及它们之间的关系。

在此基础上，还需要理解多旋翼飞行器在飞行过程中产生的扭矩，以及如何通过调整各个旋翼的速度来控制飞行器的姿态。

一、各旋翼的作用1. 提供升力多旋翼飞行器的每个旋翼都能够产生向上的升力，这是飞行器能够在空中悬停和飞行的基础。

通过调整各个旋翼的升力大小，可以控制飞行器的上升和下降。

2. 提供推进力除了提供升力之外，多旋翼飞行器的旋翼还可以产生推进力，使飞行器在空中前进、后退、向左或向右移动。

通过调整各个旋翼的推进力大小和方向，可以实现飞行器的平稳悬停、变向飞行等动作。

二、扭矩的产生在多旋翼飞行器的飞行过程中，由于各个旋翼的旋转方向和叶片的旋转速度差异，会产生扭矩。

这会导致飞行器出现旋转、翻滚等不受控制的姿态变化，严重影响飞行器的飞行稳定性。

三、理解扭矩1. 扭矩的来源在多旋翼飞行器中，扭矩的来源主要有两个方面：一是由于旋翼产生的升力不平衡所产生的扭矩，二是由于旋翼的叶片阻力不平衡所产生的扭矩。

2. 扭矩的影响扭矩会严重影响飞行器的飞行稳定性和操控性，使得飞行器无法保持平稳的姿态或飞行轨迹。

理解和控制扭矩对于多旋翼飞行器的飞行至关重要。

四、如何减小扭矩为了减小扭矩对多旋翼飞行器飞行的影响，可以采取以下措施：1. 调整旋翼的旋转速度通过调整各个旋翼的旋转速度，使得各个旋翼产生的升力和推进力相互平衡，减小扭矩的产生。

2. 优化旋翼设计合理设计旋翼的叶片形状、角度和材料，减小叶片阻力的差异，从而减小扭矩的产生。

3. 使用陀螺仪等辅助设备通过使用陀螺仪等辅助设备，可以实时监测并调整飞行器的姿态，从而及时补偿扭矩对飞行器的影响。

第二章
系统基本组成
工业和信息化部“十四五”规划教材 多旋翼飞行器:从原理到实践
01 总 体 介 绍
(1)信息流动
多旋翼系统的信息流动如图2.2中浅色虚线所示。动作指令一般由谣控器(如图2.1中标 号1所示)发出，然后通过接收机传递给自驾仪;或通过地面站发出，通过数传模块(如图 2.1 中标号2所示)传递给自驾仪。 多旋翼上挂载的照相机、摄像机等设备通过图传模块(如图2.1中标号3所示)也可以将 图像、视频信号发送给遥控或地面站对手持遥控器的操控人员来说，当拨动摇杆时，遥 控器发射机发送控制指令，被固定在多旋翼上的接收机接收，然后输出油门、俯仰、滚 转、偏航等信号给自驾仪。 读取信号后，自驾仪将每个电机所需的速度控制信号传递给电调，驱动电机达到期望转 速，实现控制多旋翼完成俯仰、滚转或偏航等相应动作。对于地面站，用户可以在图形 界面中自行选定多旋翼期望目标位置，确定指令后，地面站通过数传模块发送期望位置 坐标，飞行器数传模块接收后将信号传递给自驾仪。
1.机身
02 脚架
05 材料
表2.1列出了几种材料的特性。从表中可以看出，碳纤维密度小，刚度和强度都较大，但 加工困难，价格也较贵，因此该材料多用于需要较大承重的工业多旋翼上。相比起来， 塑料密度小，易加工而且价格便宜，但刚度和强度较小，因此该材料多用于玩具或小型 航模。玻璃钢等玻璃纤维增强材料与碳纤维材料相比，重量更重且刚度更差，但该材料 易加工且更耐摔，因此目前被广泛用于中小型多旋翼。
(1)信息流动
自驾仪则可以通过 GPS 接收机模块读取当前飞行器所 在位置及速度，进而与自身其他传感器进行滤波估计， 然后根据控制算法和策略产生控制信号，进一步将控制 信号传递给电调，驱动电机达到期望转速并逐步控制飞 行器飞往指定目标。 自驾仪(如图2.1中标号4所示)作为系统中的核心单元， 通过内置加速度计、陀螺仪、磁罗盘等传感器以及外置 差分定位导航模块(如图2.1中标号5所示)光流模块(如图 2.1中标号6所示)等外接设备感知多旋翼的位置、高度 、速度等各种系统状态信息，进而根据收到的指令产生 控制信号发送至电调，驱动申机完成指定动作或航线。 自驾仪还可以接收激光雷达模块(如图2.1中标号7所示) 、ADS-B模块(如图2.1中标号8所示)等设备的信息来实 现多旋翼的避障。