航拍飞行器四个机翼的转动方向

Question

如题所述

Answer 1

以大疆精灵四轴飞行器为例，我们来探讨其结构形式和工作原理。
1. 结构形式
大疆精灵四轴飞行器的旋翼对称地分布在机体的前后、左右四个方向。这四个旋翼位于同一高度平面，且结构和半径都相同。电机分别安装在飞行器的支架端，且对称布置，支架中间空间用于放置飞行控制计算机和外部设备。其结构形式如图1.1所示。
2. 工作原理
四旋翼飞行器通过调节四个电机的转速来改变旋翼转速，实现升力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。作为一种六自由度的垂直升降机，四旋翼飞行器虽然只有四个输入力，但却有六个状态输出，因此它是一种欠驱动系统。
当电机1和电机3逆时针旋转，电机2和电机4顺时针旋转时，飞行器在平衡飞行时，陀螺效应和空气动力扭矩效应均被抵消。
在上图中，电机1和电机3作逆时针旋转，电机2和电机4作顺时针旋转。规定沿x轴正方向运动为向前运动，箭头在旋翼的运动平面上方表示此电机转速提高，在下方表示此电机转速下降。
（1）垂直运动：通过同时增加四个电机的输出功率，增加旋翼转速，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。
（2）俯仰运动：在图（b）中，电机1的转速上升，电机3的转速下降（改变量大小应相等），电机2、电机4的转速保持不变。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，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。
（3）滚转运动：与图b的原理相同，在图c中，改变电机2和电机4的转速，保持电机1和电机3的转速不变，则可使机身绕x轴旋转（正向和反向），实现飞行器的滚转运动。
（4）偏航运动：旋翼转动过程中由于空气阻力作用会形成与转动方向相反的反扭矩，为了克服反扭矩影响，可使四个旋翼中的两个正转，两个反转，且对角线上的各个旋翼转动方向相同。反扭矩的大小与旋翼转速有关，当四个电机转速相同时，四个旋翼产生的反扭矩相互平衡，四旋翼飞行器不发生转动；当四个电机转速不完全相同时，不平衡的反扭矩会引起四旋翼飞行器转动。在图d中，当电机1和电机3的转速上升，电机2和电机4的转速下降时，旋翼1和旋翼3对机身的反扭矩大于旋翼2和旋翼4对机身的反扭矩，机身便在富余反扭矩的作用下绕z轴转动，实现飞行器的偏航运动，转向与电机1、电机3的转向相反。
（5）前后运动：要想实现飞行器在水平面内前后、左右的运动，必须在水平面内对飞行器施加一恒定的力。在图e中，增加电机3转速，使拉力增大，相应减小电机1转速，使拉力减小，同时保持其他两个电机转速不变，反扭矩仍然要保持平衡。按图b的理论，飞行器首先发生一定程度的倾斜，从而使旋翼拉力产生水平分量，因此可以实现飞行器的前飞运动。向后飞行与向前飞行正好相反。
（6）倾向运动：在图f中，由于结构对称，倾向飞行的工作原理与前后运动完全一样。