1、四懸翼制作.pdf文武 楊曉波 早在1907年，法國(guó)人布勒蓋特·瑞切（Bréguet Richet）所發(fā)明的世界第一架有人架勢(shì)四旋翼飛行器“Gyropl ane No.I”就已能升上天空。但由于構(gòu)造復(fù)雜、飛行員不易操縱 等原因，四旋翼飛行器的發(fā)展并非一帆風(fēng)順。近年來，隨著 新材料、微機(jī)電、微小型飛行控制等技術(shù)的進(jìn)步，微小型多 旋翼無人飛行器逐漸成為迅速發(fā)展的重點(diǎn)。 與常規(guī)旋翼飛行器如傳統(tǒng)布局的直升機(jī)等相比，多旋翼飛行器結(jié)構(gòu)更為緊湊，動(dòng)力利用效率高，并且四只旋翼扭力矩可相互抵消，無需專門的反扭矩旋翼。多旋翼飛行器實(shí)現(xiàn) 微小型化后，特別適合在近地面環(huán)境（室內(nèi)、街巷和叢

2、林）中執(zhí)行監(jiān)視、偵察等任務(wù)，具有廣闊的軍用和民用前景。目前，Air To Air公司已開發(fā)成功多款1kg級(jí)微小型多旋 翼Draganfly系列飛行器，在可靠性、適應(yīng)性和多用途方面已較為成熟。本文以該系列飛行器中的四旋翼飛行器為例，揭 示該類微型無人飛行器的奧秘Draganfly四旋翼飛行器采用的柔性防抖掛小巧的外觀和結(jié)構(gòu) Draganfly四旋翼飛行器從外形上 看相當(dāng)小巧，完全可以把它放在攤開的 手掌中放飛，但所謂“麻雀雖小、五臟俱全”，別看它個(gè)頭小，飛行器的各個(gè) 組成部分卻一樣不少。 總體結(jié)構(gòu) 整套飛行器由機(jī)體、手持式遙控裝置、無線視頻眼鏡、無線視頻基站、充電裝備以及多種負(fù)載和備附件組成。整

3、套飛行器可裝進(jìn)一個(gè)不大的便攜箱中，便于人員背攜。Draganfly四旋翼飛行器一側(cè)馬達(dá)臂上的LED導(dǎo)航燈飛行器的核心是機(jī)體最中央的部 分，外觀呈盾形，其外殼由高強(qiáng)度碳纖 維制成，保護(hù)著其內(nèi)部設(shè)置的多個(gè)基本傳感器，盾形外殼下沿則是機(jī)體電池的 安裝位置；再下方是負(fù)載區(qū)，可利用隨 機(jī)搭配的柔性防抖掛架搭載多種偵察器 材。當(dāng)然，根據(jù)用戶需要，也可定制專 用負(fù)載掛架以搭載其他特制器材。機(jī)體的起降架同樣采用柔性減震的碳纖維材 質(zhì)，滑撬式設(shè)計(jì)，安裝于盾形外殼后方1/3處，可快速拆卸。飛行器的升力裝置由四具微旋翼組成，它們呈X形布設(shè) 于盾形外殼四周的馬達(dá)臂上，每具旋翼 分別由一副超靜音無刷式馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。與 傳統(tǒng)

4、有刷馬達(dá)相比，這種馬達(dá)具有較高 的能量轉(zhuǎn)化效率、低噪聲等特點(diǎn)。至于 每副旋翼，則由兩片碳纖維葉片組成， 可從馬達(dá)上快速拆卸。轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，互成對(duì) 角線的兩副旋翼旋轉(zhuǎn)方向相同，而另一側(cè)對(duì)角線上的旋翼旋轉(zhuǎn)方向則與前兩副 相反，以此來抵消彼此產(chǎn)生的扭力矩。4個(gè)馬達(dá)外側(cè)還設(shè)有不同顏色的LED閃 光導(dǎo)航燈，具體為前左側(cè)為紅色、前右 側(cè)為綠色，后左側(cè)為白色、后右側(cè)為藍(lán) 色。當(dāng)飛行器在昏暗環(huán)境中飛行或飛行距離較遠(yuǎn)時(shí)，使用者可根據(jù)LED導(dǎo)航燈 的顏色來判斷飛行器的姿態(tài)和位置。Draganfly四旋翼飛行器的便攜箱飛行器尺寸 Draganfly四旋翼飛行器極其袖珍，以標(biāo)準(zhǔn)配置的四旋翼飛行器為例，含旋翼時(shí)的長(zhǎng)、寬各為6

5、4.5cm，頂部直徑為78.5cm，帶起降架時(shí)高21cm；如拆除旋翼，其長(zhǎng)、寬則分別為36cm。起落架的安裝高度約17cm，滑橇長(zhǎng)31cm。飛行器帶電池、 空載時(shí)的質(zhì)量為680g，有效負(fù)荷約250g，最大起飛質(zhì)量為980g。電池 飛行器所采用的電池為鋰離 子電池，容量為1 900mA時(shí)，輸出電壓 為14.8V，一次充電后根據(jù)負(fù)載不同可供飛行器飛行約2030分鐘，采用專用 充電器可在30分鐘內(nèi)完成充電。遙控裝置 用于控制飛行器的手持 式遙控裝置長(zhǎng)22cm、寬12cm，其中部 是一塊顯示飛行器綜合狀態(tài)的顯示屏，左側(cè)為操縱飛行器橫滾的控制桿、右側(cè) 為操縱其俯仰的控制桿，整個(gè)面板上分 布有多個(gè)按鈕，頂

6、部為兩根接收/發(fā)射天線。其他附件 隨整套系統(tǒng)的附配件還有迷你無線視頻基站，該基站采用三腳架駕設(shè)，主要用于傳輸和記錄偵察設(shè)備傳回的視頻和圖片，它也采用鋰離子電 池供電。該基站長(zhǎng)16.5cm、寬8cm、高 4.5cm，質(zhì)量約680g。在攜帶時(shí)，飛行器和其他所有備附件可裝進(jìn)一個(gè)長(zhǎng)74cm、寬47.5cm、高28cm的便攜箱內(nèi)，便于人員背攜，由單兵攜帶。Draganfly四旋翼飛行器及其手持式遙控裝置 飛行控制 與傳統(tǒng)旋翼飛行器采用尾旋翼來 克服主旋翼旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的扭矩相比，對(duì) 稱四旋翼結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是一種最簡(jiǎn)單和最 直觀的穩(wěn)定控制形式，但由于這種旋翼 結(jié)構(gòu)必須同時(shí)協(xié)調(diào)控制四個(gè)旋翼的狀態(tài) 參數(shù)，這對(duì)駕駛員而

7、言是非常困難的， 所以這類飛行器問世雖早，卻始終未真 正應(yīng)用到大型直升機(jī)設(shè)計(jì)中。但隨著材 料、控制技術(shù)的進(jìn)步，特別是微電子技 術(shù)的普及，使這一結(jié)構(gòu)的微小型飛行器 得以應(yīng)用。 傳統(tǒng)旋翼直升機(jī)配備有主旋翼和 尾旋翼，它們是通過控制兩個(gè)旋翼的參 數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)直升機(jī)姿態(tài)和位置的控制，而微小型四旋翼飛行器與此不同， 它通過調(diào)節(jié)四個(gè)馬達(dá)轉(zhuǎn)速來改變旋翼轉(zhuǎn) 速，實(shí)現(xiàn)四個(gè)旋翼升力的不均勻變化， 從而控制飛行器的姿態(tài)和位置。就Draganfly四旋翼飛行器而言，其控制系統(tǒng)由盾形機(jī)殼下的微計(jì)算機(jī)和傳感器組組成，傳感器組由3個(gè)陀螺儀、3個(gè)加速計(jì)和1個(gè)氣壓計(jì)共同組成系 統(tǒng)的慣性導(dǎo)航控制系統(tǒng)，這些傳感器探 測(cè)飛行器的水平

8、、垂直、俯仰、航向和角速度等運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并將探測(cè)到的參數(shù)輸入到微計(jì)算機(jī)中，再由其計(jì)算出四個(gè)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，通過控制電源輸入各個(gè)馬達(dá)不同的電流來實(shí)現(xiàn)各馬達(dá)以不同速率旋轉(zhuǎn)，以此來對(duì)飛行器的飛行狀態(tài)進(jìn)行修正。其可實(shí)現(xiàn)6種基本運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，具體如上圖所示。其6種基本運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分別是垂直運(yùn) 動(dòng)、俯仰運(yùn)動(dòng)、滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、偏航運(yùn)動(dòng)、前后運(yùn)動(dòng)、側(cè)向運(yùn)動(dòng)。以圖中馬達(dá)1、3 所在X軸為前進(jìn)方向，圖中箭頭向上表 示此旋翼轉(zhuǎn)速提高，箭頭向下表示轉(zhuǎn)速下降，以此來說明各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的實(shí)現(xiàn) 原理。垂直運(yùn)動(dòng) 垂直運(yùn)動(dòng)相對(duì)較為容易控制，因兩對(duì)旋翼轉(zhuǎn)向相反，可平衡其對(duì)機(jī)身的反向扭矩，因此4個(gè)旋翼同時(shí) 提供向上升力。當(dāng)此升力大于機(jī)體質(zhì)量時(shí)，便可實(shí)現(xiàn)

9、垂直上升，反之則機(jī)體下降。Draganfly四旋翼飛行器可搭載松下徠美DMC-FX580照相機(jī)俯仰和滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 在圖b中，旋翼 1轉(zhuǎn)速上升，旋翼3轉(zhuǎn)速下降，旋翼2、4 保持不變。為了不因旋翼轉(zhuǎn)速的改變而引起飛行器整體扭矩改變，旋翼1、3轉(zhuǎn) 速改變量大小應(yīng)相同，同時(shí)由于旋翼1 升力上升、旋翼3升力下降，產(chǎn)生的不平衡力矩使機(jī)身繞Y軸向一側(cè)旋轉(zhuǎn)；而 當(dāng)旋翼1轉(zhuǎn)速下降、旋翼3轉(zhuǎn)速上升時(shí)， 機(jī)身則沿另一側(cè)旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)飛行器 不同方向的俯仰運(yùn)動(dòng)。在圖c中，改變 旋翼2、4轉(zhuǎn)速，保持旋翼1、3不變，則可使機(jī)身繞X軸旋轉(zhuǎn) （正向和反向），實(shí)現(xiàn)滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。偏航運(yùn)動(dòng) 這種狀態(tài)可借助旋翼產(chǎn)生的扭矩實(shí)現(xiàn) ， 只要4個(gè)旋

10、翼的轉(zhuǎn)速不完全 相同，不平衡的扭矩就會(huì)引起飛行器方位 角的變化。圖d中，旋翼1、3轉(zhuǎn)速上升、 旋 翼 2 、4 轉(zhuǎn)速下降時(shí)，旋翼1、3對(duì)機(jī)身的扭矩大于另兩者的扭矩，機(jī)身便在不平 衡扭矩的作用下繞Z 軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)偏航運(yùn)動(dòng)。前后和側(cè)向運(yùn)動(dòng) 要使飛行器在水平面內(nèi)前后、左右運(yùn)動(dòng)，必須在水平面內(nèi)對(duì)飛行器施加一定的力。圖e中，增加旋翼3轉(zhuǎn)速，相應(yīng)減小旋翼1轉(zhuǎn)速，同時(shí)保持其他兩個(gè)旋翼 轉(zhuǎn)速不變，使扭矩保持平衡。按俯仰和 滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中所述，飛行器首先發(fā)生一定 程度的傾斜，使旋翼升力產(chǎn)生水平分 量，從而可實(shí)現(xiàn)飛行器的前后運(yùn)動(dòng)。圖 f中，由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱，側(cè)向飛行的工作 原理與前后運(yùn)動(dòng)完全相同，只是各旋翼 轉(zhuǎn)速增減的情

11、況不同。Draganfly六旋翼飛行器 型號(hào)：FY-90Q名稱：通用四軸飛行器電控系統(tǒng)客戶群：四軸飛行器DIY愛好者您還需要：四軸機(jī)架、無刷電調(diào) x 4、無刷馬達(dá) x 4、正反槳 x 2、至少4通道遙控器，才能組成一個(gè)完整的四軸飛行器。以上設(shè)備在HeliBEST.com均有銷售，歡迎與本站客服聯(lián)系訂購(gòu)！我們將指導(dǎo)您順利完成四軸飛行器的DIY操作，讓您買得安心，用得舒心！HeliBEST官方QQ技術(shù)支持群：60609571FY-90Q是專為目前流行的四軸飛行器市場(chǎng)設(shè)計(jì)的電子控制系統(tǒng)，它支持普通航模電調(diào)（建議使用本站推薦的高精度無刷電調(diào)，對(duì)提高穩(wěn)定性有絕對(duì)幫助）、安裝簡(jiǎn)單、使用方便。它采

12、用精密控制技術(shù)，集成3軸陀螺儀和3軸加速度計(jì)，能夠自動(dòng)感知飛行姿態(tài)并進(jìn)行精確修正，令飛行過程始終保持平穩(wěn)。主要特點(diǎn)：- 支持所有四軸機(jī)架- 支持絕大多數(shù)航模級(jí)PWM無刷電調(diào)- 提供兩種飛行模式（懸停模式和航線模式），可用遙控器隨時(shí)切換- 支持“X”和“+”兩種飛行樣式- 副翼(ROLL)、升降(PITCH)、方向(YAW)感度分別可調(diào)- 體積小、重量輕、使用簡(jiǎn)單、設(shè)置方便、兼容性強(qiáng)技術(shù)參數(shù)：輸入電壓：4.0至6.0V重量：（不包括電線）20克工作電流：52mAh 電壓（5V）尺寸：55 × 33 × 20mm最大旋轉(zhuǎn)速度：= 500 ° /秒FY90Q支持兩種格式

13、的飛行，“十字架”和“X”脈沖信號(hào)輸出，900 - 2100us PPM脈沖。配置：1 x 飛宇 FY-90Q 四軸飛行控制器1 x 專用減震器1 x 減震膠墊1 x 英文說明書1 x 精美包裝盒 四旋翼驗(yàn)證機(jī)的制作（邊做邊上圖）哥們做了一個(gè)四旋翼飛控系統(tǒng)，我來負(fù)責(zé)制作四旋翼驗(yàn)證機(jī)的硬件部分，看過一些國(guó)內(nèi)高手的設(shè)計(jì)，很受啟發(fā)，但是開始動(dòng)手還是采取了最傳統(tǒng)的加工工藝看看德國(guó)的很漂亮下載 (57.88 KB)2008-3-11 16:28副本 DSC02339.JPG (41.88 KB) 下載次數(shù):1614482008-3-11 14:55副本 DSC02340.JPG (46.02

14、KB) 下載次數(shù):1585252008-3-11 15:53本來要用夾箍固定，后來發(fā)現(xiàn)管子會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，干脆吧，打孔副本 DSC02341.JPG (44.14 KB) 下載次數(shù):1647902008-3-11 15:53加強(qiáng)的中間木梁DSC02343.JPG (54.78 KB) 下載次數(shù):3087762008-3-11 17:17DSC02344.JPG (41.22 KB) 下載次數(shù):1639372008-3-11 17:17DSC02345.JPG (36.48 KB) 下載次數(shù):1592702008-3-11 17:17DSC05237.JPG (41.51 KB) 下載次數(shù):143978

15、2008-6-6 13:5820080606更新，就地取材，大家不許笑；）DSC05388.JPG (36.1 KB) 下載次數(shù):1406732008-6-6 14:51我自己設(shè)計(jì)的電機(jī)座，嘿嘿。探出的部分要加上一根防止打槳的碳桿兒DSC05390.JPG (38.65 KB) 下載次數(shù):1406852008-6-6 14:51電機(jī)座安裝我是這樣處理的DSC05394.JPG (29.01 KB) 下載次數(shù):1392292008-6-6 14:51終于看到模樣了，繼續(xù)焊接電調(diào)插頭20080611-5725.JPG (59.2 KB) 下載次數(shù):1380692008-6-11 15:2820080611更新，開始焊接電調(diào)20080611-5726.JPG (34.92 KB) 下載次數(shù):1434642008-6-11 15:28測(cè)試用飛機(jī)要經(jīng)常拆卸，所以用了香蕉頭20080611-5727.JPG (43.27 KB) 下載次數(shù):1388772008-6-11 15:2820080611-5728.JPG (33.02 KB) 下載次數(shù):1411262008-6-11