揭开多旋翼无人机的神秘面纱(上)

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  无人机在民用上应用最广泛的主要有三大类:多旋翼无人机、固定翼无人机和无人直升机。作为当今最受欢迎的无人机——多旋翼无人机,通过近些年的快速发展,多旋翼无人机已经占据了民用无人机行业的半壁江山,从行业应用到个人娱乐,出现在社会生活的各个方面。那么,多旋翼无人机究竟是凭借什么成为无人机中的明星呢?让我们一起来看看吧!
  多旋翼无人机也叫多轴飞行器,是一种具有三个及以上旋翼轴的特殊的无人驾驶旋翼飞行器,图1所示即为八旋翼无人机。多旋翼无人机是一种特殊的直升机,多旋翼无人机可以像常见直升机一样垂直起降和悬停,但在机械结构上却比直升机简单很多,因此便于小型化、批量化生产,同时在操作控制上也容易许多。多旋翼无人机体积小、重量轻、携带方便,出现飞行事故时破坏力小。有些小型多旋翼飞行器的旋翼还带有保护框,防止高速旋转的螺旋桨伤到人。
  多旋翼无人机通过每个轴上的电机转动,带动螺旋桨旋转,从而产生升推力。通过改变不同螺旋桨之间的相对转速,可以改变单轴推进力的大小,从而达到控制飞行器的目的。常见的多旋翼无人机有四旋翼、六旋翼、八旋翼等结构布局。
  一架多旋翼无人机究竟由哪些部件组成?各个部件又能起到什么作用呢?了解这些知识,可以让我们更加明白无人机的飞行和操纵原理。接下来,我们将以多旋翼无人机最典型的结构布局——四旋翼无人机为例,揭开多旋翼无人机的神秘面纱!
  多旋翼无人机主要包括以下几个部分:机体结构、动力系统、飞控系统、链路系统,以及任务设备。下面,我们分别介绍这些多旋翼无人机部件。
  此外,螺旋桨还分为正桨和反桨。从上往下看,逆时针旋转的螺旋桨是正桨,顺时针旋转的螺旋桨是反桨,如图7所示。之所以将逆时针旋转的桨定义为正桨,是因为在航空发展的早年,发动机在机头处,螺旋桨也相应地在机头位置,并且在发动机启动时,是需要人来拨动的,而右撇子的人比较适合拨动逆时针旋转的桨。众所周知,右撇子还是占据人口的大多数,所以各大发动机厂商就把发动机的转向固定了,这一习惯也就慢慢地流传下来了。那么,我们在自己动手安装桨叶的时候,一定要注意区分正、反桨,千万不能装错。无论正桨还是反桨,安装的时候,一定记得有数字标识的一面是正面,圆润的一边是迎风边。
  无人机的螺旋桨的材料主要有三种:工程塑料、木质和碳纤维。
  对于微型无人机来说,工程塑料桨是使用最广泛的,其主要优点是成本低,韧性好,动平衡性能好,轻微碰撞之后不容易损坏;但其缺点也很明显,塑料桨本身比较软,所以用在大载重的多旋翼无人机上进行高速飞行时会发生轻微的变形,产生震颤,导致拍摄出的画面不稳。但选用高质量的塑料桨可以有效避免这一情况发生,图7所示即为工程塑料桨。
  木桨硬度高重量轻,震动极小,静平衡完美,无震颤,价格便宜,但效率低于工程塑料桨,也低于同尺寸优质的碳纤维桨,图8所示为木桨。
  电调和电机是直接相连的,所以在选择搭配电机和电调时,要注意匹配问题,合理地匹配电机电调,可以做到效率和性价比最高,也就是用最少的成本达到最好的效果。要是搭配不合理,很有可能造成电机或电调烧毁,发生飞行事故。
  说到电池,大家都不陌生,因为我们在日常生活中会使用到很多电池。但是,你有没有仔细观察过你身边的电池呢?我们来思考一个问题:电视遥控器的电池和手机里的电池是不是一样的呢?和我们无人机用的电池又是不是一样呢?
  电池有很多种,无人机所使用的电池和我们在日常生活中见到的电池大都不一样,是锂聚合物电池(图13)。别小看这一块小小的电池,它蕴含着很大的能量,无人机所需要的电力都是由它来供应的。锂聚合物电池的能量很大,但是它的“脾气”也很大,在使用过程中,要注意保护它,它才能发挥最大的作用。怎样保护它呢?第一,要注意在充电和使用过程中,不能过度充电和过度放电,一旦过度充电或过度放电了,它可能会生气地胀大肚子,造成使用寿命缩短,所以要用专用的充电器给它充电。第二,在使用的时候要注意不要磕碰它,磕碰会让它变形,很可能会使它鼓包炸开!还有,千万不能用尖锐的东西刺它,不能用火烧它!
  (编辑 孙世奇)
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