四轴无人机飞行原理

四轴飞行器飞行原理

四旋翼飞行器结构

形式如图所示，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。

与传统的直升机相比，四旋翼飞行器有下列优势：各个旋翼对机身所施加的反扭矩与旋翼的旋转方向相反，因此当电机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，可以平衡旋翼对机身的反扭矩。四旋翼飞行器在空间共有6个自由度（分别沿3个坐标轴作平移和旋转动作），这6个自由度的控制都可以通过调节不同电机的转速来实现。

其基本运动状态分别是：

（1）垂直运动；

（2）俯仰运动；

（3）滚转运动；

（4）偏航运动；

（5）前后运动；

（6）侧向运动；

在控制飞行器飞行时，有如下技术难点：

首先，在飞行过程中它不仅受到各种物理效应的作用，还很容易受到气流等外部环境的干扰，很难获得其准确的性能参数。

其次，微型四旋翼无人飞行器是一个具有六个自由度，而只有四个控制输入的欠驱动系统。它具有多变量、非线性、强耦合和干扰敏感的特性，使得飞行控制系统的设计变得非常困难。

再次，利用陀螺进行物体姿态检测需要进行累计误差的消除，怎样建立误差模型和通过组合导航修正累积误差是一个工程难题。这三个问题解决成功与否，是实现微型四旋翼无人飞行器自主飞行控制的关键，具有非常重要的研究价值。

下面将逐个说明飞行器的各种飞行姿态：

垂直运动——在图中，因有两对电机转向相反，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。

俯仰运动——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。

龙矿高级技校《无人机飞行原理》考试试卷

一、填空：（25分）

1、根据大气状态参数随高度的变化，可将大气层划分为 、 、

、 和 。

2、 、 、 被称为三大气象要素。

3、大气的状态参数是指 、 、

和 。

4、影响升力的因素是飞行器的 、 、

以及 等。

5、低速飞机上的阻力按其产生的原因不同可分为 、 、

和 。

6、飞机在空中飞行，可以产生的运动有 、 、

。

7、根据飞机绕机体轴的运动形式，飞机飞行时的稳定性可分为 ；

； 。

二、判断题：（30分）

（ ）1、气压式高度表是飞机的主要航行仪表。

（ ）2、飞机的积冰一般发生在云中温度露点差＜10°C 的范围内。

（ ）3、一般来说，气温越高、气压越低、空气密度越小，则机翼产生的升力越大，起飞滑跑的距离越短。

（ ）4、空气完全干燥时，相对湿度为零。

（ ）5、我国采用的是摄氏温标，用°C 或C表示 。

（ ）6、风会影响飞机起飞和着陆时的滑跑距离和时间。

无人机飞行原理题库

1、对于带襟翼无人机，放下襟翼，飞机升力将_,阻力将_.A、增大，减小B增大、增大C减小、减小答案：B

2、对于带襟翼无人机，放下襟翼，飞机的失速速度将A、增大B、减小C、不变答案：B

3、相同迎角，飞行速度增大一倍，阻力增加为原来的A、一倍B、二倍C、四倍答案：C

4、通过改变迎角，无人机驾驶员可以控制飞机的

A、升力、空速、阻力B、升力、空速、阻力、重量C、升力、拉力、阻力答案:A

5、放全襟翼下降，无人机能以

A、较大的下降角，较小的速度下降B、较小的下降角，较大的速度下降C、较大的下降角，较大的速度答案：A

6、无人机驾驶员操纵副翼时，飞行器将绕A、横轴运动B、纵轴运动C、立轴运动答案：B

7、无人机飞行员操纵升降舵时，飞行器将绕A、横轴运动B、纵轴运动C、立轴运动答案：A

8、无人机飞行员操纵方向舵时，飞行器将绕A、横轴运动B、纵轴运动C、立轴运动答案：C

9、舵面遥控状态时，平飞中向右稍压副翼杆量，无人机 A、右翼升力大于左翼升力B、左翼升力大于右翼升力C、左翼升力等于右翼升力

答案：B

10、舵面瑶控状态时，平飞中向前稍推升降舵杆量，飞行器的迎角A、增大B、减小C、先减小后增大答案：B

11、舵面遥控状态时，平飞中向后稍拉升降舵杆量，飞行器的迎角A、增大B、减小C、先增大后减小答案：A

12、飞机的下滑角是

A、升力与阻力的夹角B、飞行轨迹与水平面的夹角C、阻力与重力平面的夹角答案：B

13、飞机获得最大下滑距离的速度是

A、最大下滑速度B、失速速度C下滑有利速度答案:C

14、下滑有利速度使

A、飞机下滑阻力最小B、飞机下滑角最大C、飞机下滑升力最大答案:A

15、用下滑有利速度下滑，飞机的

A、升阻比最大B、升力最大C、下滑角最大答案：A（升力不变，阻力变小）

16、在定高直线飞行中，下面关于飞机升力的说法，正确的是A、空速小时必须减小迎角，以产生适当的升力来保持高度B、空速大时必须减小迎角，以产生适当的升力来保持高度C、空速大时必须增大迎角，以产生适当的升力来保持高度答案：B

第1页 共 1页 龙矿高级技校《无人机飞行原理》考试试卷

一、填空：（25分）

1、根据大气状态参数随高度的变化，可将大气层划分为 、 、

、 和 。

2、 、 、 被称为三大气象要素。

3、大气的状态参数是指 、 、

和 。

4、影响升力的因素是飞行器的 、 、

以及 等。

5、低速飞机上的阻力按其产生的原因不同可分为 、 、

和 。

6、飞机在空中飞行，可以产生的运动有 、 、

。

7、根据飞机绕机体轴的运动形式，飞机飞行时的稳定性可分为 ；

； 。

二、判断题：（30分）

（ ）1、气压式高度表是飞机的主要航行仪表。

（ ）2、飞机的积冰一般发生在云中温度露点差＜10°C 的范围内。

（ ）3、一般来说，气温越高、气压越低、空气密度越小，则机翼产生的升力越大，起飞滑跑的距离越短。

（ ）4、空气完全干燥时，相对湿度为零。

（ ）5、我国采用的是摄氏温标，用°C 或C表示 。