简述多旋翼无人机的结构组成

4. 螺旋桨
靠桨叶在空气中旋转将发动机转动功率转化为推进力或升力的装置，简称螺旋桨。

它由多个桨叶和中央的桨毂组成，桨叶好像一扭转的细长机翼安装在桨毂上，发动机轴与桨毂相连接并带动它旋转。

直升机旋翼和尾桨也是一种螺旋桨。

螺旋桨旋转时，桨叶不断把大量空气向后（向下）推去，在桨叶上产生一向前（向上）的力，即推进力。

一般情况下，螺旋桨除旋转外还有前进速度。

如截取一小段桨叶来看，恰像一小段机翼。

桨叶上的气动力在前进方向的分力构成拉力。

在旋转面内的分量形成阻止螺旋桨旋转的力矩，由发动机的力矩来平衡。

对于固定翼来说主要提供的是推力，对于多轴来说提供是的升力。

在不超负载的情况下，飞机可以更换很多不同的桨，同样可以飞起来，但是飞行效果和续航时间，却是大相径庭。

螺旋桨选得适合，飞行更稳，航拍效果和续航时间都兼得，选得不好可能效果就相反了。

图2.10 桨叶的剖面和飞机机翼的升力原理
图2.11 两叶浆和三叶浆
螺旋桨有2、3或4个桨叶,一般桨叶数目越多吸收功率越大。

多旋翼飞行器的螺旋桨一般使用两叶浆，同电机类似，螺旋桨也有如8045, 9047等4位数字标示，前面2位代表螺旋桨的直径，也就是长度，单位是英寸。

但是要注意，9047。

多旋翼的系统组成认识⽬前市⾯上的飞⼿很⼤⼀部分也是只会飞不会修的的尴尬场⾯，基本的原理很多飞⼿还不知道，本⽂给各位客官⽼爷介绍⼀下四轴多旋翼⽆⼈机的基本组成。

如果⽂中有错误欢迎各位客官⽼爷批评指出。

好啦，话不多说开始今天的课程吧！基本概念多旋翼飞⾏器也称多轴飞⾏器，是⼀种具有三个及以上旋翼轴的特殊直升机，其每个轴上的电机转动，带动旋翼产⽣升⼒。

⽬前市⾯上主流的布局⽅式：四轴四旋翼X型布局四轴四旋翼⼗型布局四轴⼋旋翼X型布局（上下两个电机桨叶）四轴四旋翼H型布局四轴⽆⼈机基本组成多旋翼动⼒系统的组成为：桨、机、调、池桨：桨径，桨距、CCW、正反桨、反扭螺旋桨是安装在电机上的，为飞⾏器提供升⼒的装置，电机仅仅是将电能转换为机械能，⽽螺旋桨才是提供升⼒的部件，螺旋桨产⽣推⼒⾮常类似机翼产⽣升⼒的⽅式。

产⽣的升⼒⼤⼩依赖于桨叶的平⾯形状、桨叶的迎⾓和电机的转速。

⼀般装在多旋翼上的都是定距桨，只有改变转速才能提供升⼒。

桨径和桨距：螺旋桨主要指标有桨径和桨距（也叫螺距、总距），使⽤4位数字表达，如1655。

前两位数字代表的是桨叶的直径16英⼨（1英⼨=254mm）后⾯两位是桨的桨距。

也有写成16*5的也有写成1655的。

1655的桨叶⽐1340的桨看起来⼤也⽐后者陡。

桨距是指桨叶每旋转⼀周都会向前，这个距离就称为桨距，⼀般来讲实际桨距都⼩于理论桨距。

正反桨：多旋翼为了抵消单个螺旋桨的反扭⼒，各个桨叶的旋转⽅向是不⼀样的，所以他需要正反桨叶，正反桨叶的⽓流都是向下吹的，正桨⽤CCW表⽰，反桨是⽤CW表⽰的。

机：规格、内外转⼦、⽆刷、三相⽆⼈机的电机⽬前有两种类型：有刷和⽆刷。

现在市场上多数流⾏⽤⽆刷。

⼀是因为动⼒⾜，⼆是因为寿命长，三是因为效率⾼，四是因为也并不贵。

⽆刷是⽬前的主流，所以这⾥重点讲讲⽆刷电机。

⽆刷电机有三根线。

没有像有刷那样的⼀对电刷，故称⽆刷。

有刷电机有⼀对电刷，使⽤到⼀定次数，电刷就被磨损殆尽，于是得更换电刷。

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。

多旋翼无人机动力系统各器件的功能多旋翼无人机动力系统是无人机的核心部分，由多个器件组成，各具不同功能。

下面将分别介绍多旋翼无人机动力系统中各个器件的功能。

1. 电机（Motor）电机是多旋翼无人机动力系统的关键组件之一，主要负责提供动力。

电机通过转动螺旋桨产生的推力，使无人机能够在空中飞行。

根据无人机的大小和载重要求，电机的功率和转速可以有所不同。

2. 螺旋桨（Propeller）螺旋桨是将电机的动力转化为推力的装置。

它通过旋转产生气流，从而推动无人机向前飞行或保持平衡。

螺旋桨的形状和材料也会影响无人机的性能和稳定性。

3. 电调（Electronic Speed Controller，ESC）电调是无人机动力系统中的控制装置，用于调节电机的转速和功率。

通过接收飞控系统发送的指令，电调可以控制电机的转速，从而控制无人机的飞行姿态和速度。

4. 电池（Battery）电池是无人机动力系统的能量来源，提供给电机和其他电子设备所需的电能。

电池的容量和电压决定了无人机的续航能力和飞行时间。

不同类型的电池（如锂电池、聚合物电池等）具有不同的特性和适用场景。

5. 电源管理系统（Power Distribution Board，PDB）电源管理系统用于管理和分配电能，将电池的电能供给给各个部件。

它通常包括电源输入接口、分配电路和电源输出接口等。

通过电源管理系统，可以确保各个部件能够正常工作，并提供电流和电压保护功能。

6. 电源滤波器（Power Filter）电源滤波器用于过滤电源中的干扰和噪音，保证无人机系统能够正常运行。

它可以减少电源波动对其他电子设备的影响，并提高系统的稳定性和可靠性。

7. 传感器（Sensors）传感器在无人机动力系统中起到感知和监测的作用。

常见的传感器包括加速度计、陀螺仪、罗盘等。

它们可以测量无人机的姿态、速度、方向等参数，并将这些信息传输给飞控系统，从而实现无人机的自动控制和稳定飞行。

2．电机
多旋翼无人机一般采用外转子无刷电机（定子为绕组与硅钢片组成的框架，转子磁钢在电机外部旋转）作动力。

它的优点是转动惯量大、转动平稳、
转矩大、磁铁好固定。

无刷电机相对有刷电机寿命更长、性能更稳定。

普通的直流电机是利用碳刷进行换向的，碳刷换向存在很大的缺点，例如机械换向产生的火花引起换向器和电刷摩擦、电磁干扰、噪声大、寿命短、结构复杂、可靠性差、故障多，需要经常维护等。

而无刷直流电机在电机性能上和直流电机性能相近，同时电机没有碳刷。

无刷电机是通过电子换向达到电机连续运转目的的。

无刷电机的换向模式分为方波和正弦波驱动，就其位置传感器和控制电路来说，方波驱动相对简单、价廉而得到广泛利用。

目前，多旋翼无人机多采用方波驱动无刷电机。

外转子无刷电机的命名原则，各个厂家有所不同，有以电机定子的直径和高度来命名，也有以电机的直径和高度来命名。

多旋翼无人机所用的电机大多都是以电机定子的直径与高度来命名。

例如大疆的DJI 4114电机，指的是该电机定子直径41MM，定子高度14MM。

图2.7 DJI 4114电机和桨夹。