无人机基础

将进入黄金发展轨道近百年缓慢发展|未来10-20年无人机行业将进入黄金发展轨道近百年缓慢发展|未来10-20年无人机行业郝可新编著郝可新编著极目多旋翼无人飞行器入门与实践无人机基础教学郝可新编著无人机是无人驾驶飞机的简称（UnmannedAerialVehicle，英文简称UAV），是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置的不载人飞机，包括无人直升机、固定翼机、多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机。广义地看也包括临近空间飞行器（20-100公里空域），如平流层飞艇、高空气球、太阳能无人机等。从某种角度来看，无人机可以在无人驾驶的条件下完成复杂空中飞行任务和各种负载任务，可以被看做是“空中机器人”。•什么是无人机？郝可新编著培训目的通过讲解了解无人机基本知识，认识无人机各部分系统功能、运行原理。通过此次培训认识无人机的工作原理，飞行原理。熟练掌握飞行器基础知识，并能判断故障。郝可新编著军用无人机按不同使用领域来划民用无人机消费级无人机在民用领域，无人飞行器已经和即将使用的领域多达40多个，例如影视航拍、农业植保、海上监视与救援、环境保护、电力巡线、渔业监管、消防、城市规划与管理、气象探测、交通监管、地图测绘、国土监察等。郝可新编著地图测绘农业植保电力巡线消防救援交通监管郝可新编著清除杂物反恐维稳公安执法应急救援与救护抢险救灾海岸线巡查等航拍农林植保地质勘探电力巡检油气管路巡查高速公路事故管理森林防火巡查污染环境勘察郝可新编著按动力划分根据动力源的不同，无人机可分为油动和电动两种。顾名思义，油动无人机采用燃油（汽油）作为驱动，电动无人机采用电池（锂电池）作为驱动。油动无人机明显优点是续航时间长，但存在安全隐患，坠机可能引发火灾；而电动无人机则安全得多，但受限于电池，续航时间较短。油动电动油动电动郝可新编著无人飞行器的种类繁多，主要包括飞艇、固定翼无人机、伞翼无人机、扑翼无人机、变翼无人机、旋翼式无人机等。固定翼无人机旋翼式无人机多旋翼郝可新编著郝可新编著多旋翼飞行器也称为多轴飞行器，是直升机的一种，它通常有3个以上的旋翼。飞行器的机动性通过改变不同旋翼的扭力和转速来实现。相比传统的单水平旋翼直升机，它构造精简，易于维护，操作简便，稳定性高且携带方便。常见的多旋翼飞行器，如：四旋翼，六旋翼和八旋翼，被广泛用于影视航拍、安全监控、农业植保、电力巡线等领域。多旋翼无人机按轴数或电机个数分有三旋翼、四旋翼、六旋翼、八旋翼甚至十八旋翼等。按飞行器类型还可分为十字型，X型，V型，共轴等。要大家明确一点是轴和旋翼一般情况下是相同的，有时候也是不同的，比如四轴八旋翼。是将四轴上每个轴上下各安装一个电机构成八旋翼。本教材主要以电动四旋翼为主。常见多旋翼如下：四轴多旋翼八轴多旋翼六轴多旋翼郝可新编著图传OSD（OnScreenDisplay）图传接受器监视器FPV遥控接收器飞行控制器GPSIMU主控LED状态显示遥控手动控制电子陀螺控制系统地面站动力锂电电机电调桨叶动力系统云台机架脚架主体旋翼飞行器其他辅助设备:电台、Wifi模块等、增益天线、跟踪天线、HDMI转AV模块多旋翼飞行器的构成郝可新编著多旋翼飞行器主要由机架、电机、电调和桨叶组成，为了满足实际飞行需要，一般还需要配备电池、遥控器及飞行辅助控制系统。郝可新编著机架机架是指多旋翼飞行器的机身架，是整个飞行系统的飞行载体。一般使用高强度重量轻的材料，例如碳纤维、PA66+30GF等材料。风火轮F550(PA66+30GF)筋斗云S1000(碳纤维)郝可新编著动力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。微型无人机的动力电机可以分为两类：有刷电机，无刷电机。有刷电机：有刷电机工作时，线圈和换向器旋转，磁钢和碳刷不转，从而实现线圈电流方向的交替变化。无刷电机：无刷电机由控制器提供不同方向的直流电，来达到电机线圈电流方向的交替变换，无刷电机的转子和定子之间没有电刷和换向器。郝可新编著电机一般也是四位数字编号，前面两位代表定子直径，后面两位数字代表定子高度，单位是mm。注意，不是外壳。简单来说，前面2位越大，电机越肥，后面2位越大，电机越高。又高又大的电机，功率就更大。例如：8318电机，其定子直径即为83mm，其定子高度为18mm；6215电机，其定子直径即为62mm，其定子高度为15mm郝可新编著输入电压每增加1V，电机空转转速的增加值。例如：KV值为120的电机，理论上，输入电压为10V时，其空转转速为120*10=1200转/分钟；KV值为350的电机，理论上，输入电压为24V时，其空转转速为350*24=8400转/分钟。郝可新编著4110400KV41表示定子直径10表示定子高度400每分钟转400转同型号，KV值越大，功率越大。（型号）品牌KV表示1V电压每分钟的转速。如果用3S电池（11.1V)满电电压是12.6V，这时接1400KV电机，它的转速就是12.6x1400=17640转/min。银燕朗宇新西达郝可新编著1、无电刷、低干扰：无刷电机去除了电刷，最直接的变化就是没有了有刷电机运转时产生的电火花，这样就极大减少了电火花对遥控无线电设备的干扰。2、噪音低，运转顺畅：无刷电机没有了电刷，运转时摩擦力大大减小，运行顺畅，噪音会低许多，这个优点对于模型运行稳定性是一个巨大的支持。3、寿命长，低维护成本：少了电刷，无刷电机的磨损主要是在轴承上了，从机械角度看，无刷电机几乎是一种免维护的电动机了，必要的时候，只需做一些除尘维护即可。上下一比较，就知道无刷电机相对于有刷电机的优势在哪里了，但是万事都不是绝对的，有刷电机低速扭力性能优异、转矩大等性能特点是无刷电机不可替代的，不过就无刷电机的使用方便性来看，随着无刷控制器的成本下降趋势和国内外无刷技术的发展与市场竞争，无刷动力系统正在高速的发展与普及阶段，这也极大促进了模型运动的发展。•无刷电机的优点：郝可新编著•1）无刷电机缺点：•a、需要无刷电调一起才能工作，价格比有刷的要高。•b、可靠性受电子零件影响，或者传感器受到干扰电机会失效。•2）无刷电机优点：•a、没有电刷和转向器的摩擦，噪音低、振动少，发热少、寿命长。•b、不需要更换电刷，维护简单。•c、没有电刷产生的火花，干扰少。•d、转矩特性优异，中、低速转矩性能好，启动转矩大，启动电流小。郝可新编著有刷电机优缺点：•1）有刷电机缺点：•a、电刷和换向器之间有摩擦，造成效率降低、噪音增加、容易发热，有刷电机的寿命要比无刷短几倍。•b、维护麻烦，需要不停的换电刷。•c、因为电阻大，效率低、输出功率少。•d、电刷和换向器摩擦会引起火花，干扰大。•2）有刷电机优点：•a、低速扭力性能优异、转矩大。•b、相比无刷电机，少了很多电子零件,价格比无刷的便宜。•c、由于少了电子零件，少了由于传感器受干扰、电子零件失灵等影响。郝可新编著电调电调全称电子调速器，英文electronicspeedcontroller,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。•电调的作用就是将飞控的控制信号，转变为电流的大小，以控制电机的转速。简单来讲它的功能是将电池的直流电转化为三项交流电，并按照接收机的指令调整供给电机的电压，实现电机转速可控。•因为电机的电流是很大的，通常每个电机正常工作时，平均有3a左右的电流，如果没有电调的存在，飞控根本无法承受这样大的电流。郝可新编著针对电机的不同分为有刷电调和无刷电调，他根据控制信号控制电机转速。电调都会标上多少A，如20a，40a这个数字就是电调能够提供的电流。对于他们的连接一般如下：1.电调的输入线与电池连接2.电调的输出线（有刷两根，无刷三根）与电机连接。3.电调的信号线与接收机连接。郝可新编著电调校准方法步奏方法：新装飞机的电调都要校准一次，可采用一次校准多组电调的方式。这里只校准一个电调.1.把所有电调信号线与飞控断链。2.打开遥控器，将电调信号线连接到接收器三通道（油门通道）。3.把遥控器的油门杆打到最大行程。4.接入动力电源，注意当电调自检滴滴两声后迅速把油门杆打到最低处，此时会有一声滴。5.听到“嘀”“嘀”两声后将油门拉倒最小，然后会听到长响一声“嘀”确认，或者“嘀”“嘀”“嘀”······（根据电调品牌不同，嘀声不同，有的是长响一声“嘀”，有的是“嘀”6声，跟电池片数相同，根据电调和电机6.慢慢推动油门，观察电机转速是否一致（油门太低的情况下不一致为正常情况）7.逐一进行其他电调校准即可。郝可新编著桨叶桨叶是通过自身旋转，将电机转动功率转化为动力的装置。在整个飞行系统中，桨叶主要起到提供飞行所需的动能。按材质一般可分为复合桨，尼龙桨，碳纤维桨和木桨等。尼龙桨碳纤维桨木桨复合桨郝可新编著•桨的编号方式：一般桨都是四位数字编号，前面两位为桨的长度，后面两位为桨的螺距，单位都是英制单位英寸（1英寸=2.54cm）。•例如：3080桨，其长度即为30英寸=30*2.54=76.2cm，其螺距即为8.0英寸=8.0*2.54=20.32cm•9450桨，其长度为9.4英寸=9.4*2.54=23.876cm，其螺距为5.0英寸=5.0*2.54=12.7cm郝可新编著•螺距的定义：•螺旋桨旋转过程中，同一片桨叶旋转一周，所形成的螺旋桨的距离•桨的迎角越大，螺距就越大，迎角在0~45°范围以内，桨的效率值先增大后减小。螺距郝可新编著逆时针旋转为正桨CW顺时针旋转为反桨ccw郝可新编著升力的产生原理：相对气流流过翼型时，流线和流管将发生变化，翼型的上下面出现压力差，在垂直于相对气流方向的总压力，就是翼型升力。正反桨四轴飞行为了抵消螺旋桨的自旋，相隔的桨旋转方向是不一样的，所以需要正反桨。适合顺时针旋转的叫反浆、适合逆时针旋转的是正浆。安装的时候，一定记得无论正反桨，有字的一面是向上的。郝可新编著电池电池是将化学能转化成电能的装置。在整个飞行系统中，电池作为能源储备，为整个动力系统和其他电子设备提供电力来源。目前在多旋翼飞行器上，一般采用普通锂电池或者智能锂电池等。普通锂电池智能锂电池郝可新编著1）电池片数：决定电压，用S来表示，每片电压为3.7V2）容量：电量存储，用毫安/时表示3）放电倍率：放电能力，用C来表示例：6S5300mAh30C6S表示六片电池串联，输出电压22.2V；5300mA/h表示以5300mA电流放电可持续一小时；30C表示放电倍率30，即最大放电电流为159A（5300*30）。在选择电池时，要保证电池的最大放电电流不能超过电调的负荷极限。•主要参数：郝可新编著•表示电池性能的标称有很多，无人机设计中最关心的是电压，电量和放电的能力；•锂聚合物电池的标称电压是3.7V，充电后电压可达4.2V，放电后保护电压为3.6V。（Ｓ）•电池电容量：mAh表示。如1000mAh电池，如果以1000mA放电，可持续放电1小时。如果以500mh放电，可以持续放电2小时？•电池放电能力：C表示。如1000mAh电池标准为5c，那么用5x1000mAh，得出电池可以5000mA的电流强度放电。郝可新编著电池的使用初次使用初次使用，请先使用标准的平衡充电器进行充电；新电池初次使用切勿过度放电，初次使用过后，单颗电压不得低于3.7V，连续使用5个循环激活后方可放心使用；持续使用时，请注意检查电池电压，单颗电压不得低于3.6V。低于这些额定电压将导致电池鼓气，直至损坏充电动力电池最佳的充电电流1C-2C之间，对于支持5C充电的电池，建议每周至少二次以上小电流充电放电放电电压不得低于3.6V，一般设置的报警电压为3.7V，电池使用时，务必使用报警器，或者在上电时观察无人机本体上的电压显示器报存电池长时间不用时，单颗电压维持在3.8-3.85V之间，可采用充电器的storage/保存模式进行电池的充电或者放电；存储温度-20℃～+35℃郝可新编著P（功率）=U（电压）×I(电流)同规格电池串联电压加倍，容量不变。并联式电压不变容量增加放电电流=电池容量×放