多旋翼無人機(jī)知識手冊

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多旋翼無人機(jī)知識手冊 V1.1版 翎航智能科技工作室 培訓(xùn) 教材 多旋翼無人機(jī)知識手冊 前 言 隨著多旋翼無人機(jī)的應(yīng)用日趨廣泛，多旋翼無人機(jī)的入門門檻越來越低，“到手飛”、個人航拍機(jī)等對操作人員的要求幾乎是零，對毫無基本常識和經(jīng)驗的人來說也可以操作。但這些都為人身和財產(chǎn)安全埋下了巨大的隱患，出于以上考慮，本教材闡述了多旋翼無人機(jī)的基本原理、總結(jié)了飛行過程中的注意事項、操作方法、以及如何規(guī)避風(fēng)險。這是一本適合飛行初學(xué)者的教材，旨在普及航空知識、和飛行常識等基本理論，根據(jù)經(jīng)驗提出在飛行中應(yīng)該注意的問題和如何規(guī)避風(fēng)險、應(yīng)急處置等。 本教材的材料有些基于無人機(jī)方面的書籍，有些則基于航模飛行的經(jīng)驗，很多都是十分難得的第一手資料，因此可以作為飛行初學(xué)者的基礎(chǔ)教程，也可以作為以拓寬知識面、開拓思路為主要目的的廣大無人機(jī)愛好者的學(xué)習(xí)資料。 由于水平有限，時間倉促，書中疏漏之處在所難免，敬請讀者朋友批評指正，以使我們在再版時修訂。 作者 目 錄 前 言 - 2 - 目 錄 - 3 - 第一章 緒論 - 4 - 第二章 系統(tǒng)組成及原理 - 7 - 第三章 飛行器 - 18 - 第四章 操作方法實例 - 26 - 第五章 其他細(xì)節(jié) - 45 - 第六章 多旋翼無人機(jī)的作用與意義 - 54 - 第七章 與多旋翼無人機(jī)有關(guān)的航空法規(guī)及航空氣象 - 55 - 總結(jié) - 67 - 參考文獻(xiàn) - 67 -  第一章 緒論 關(guān)于無人機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展歷史在任何一本講無人機(jī)的書里都有介紹，在這里不再重復(fù)。而關(guān)于國內(nèi)外無人機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀，在所有文章中也都說的很片面，基于自身水平和對國外無人機(jī)的了解有限，也不再贅述，在本文中只針對多旋翼無人機(jī)進(jìn)行評述。 多旋翼無人機(jī)系統(tǒng)概述 無人機(jī)英文縮寫UAV，涵蓋無人駕駛飛機(jī)、遙控飛行器及無人靶機(jī)。由于多旋翼無人機(jī)是近幾年才發(fā)展起來，脫胎于航空模型。航空模型一般稱為無線電控制（RC），所以很多人也認(rèn)為多旋翼無人機(jī)是航模。但是無線電控制是從一個遙遠(yuǎn)的地點(diǎn)位置制導(dǎo)或控制的，屬于無人機(jī)，但是無人機(jī)不一定就是無線電控制的，因為無人機(jī)可以根據(jù)預(yù)先設(shè)置的飛行程序來飛行。 不管無人機(jī)是以遙控控制的方式還是通過一個預(yù)設(shè)的導(dǎo)航系統(tǒng)飛行，它并不一定是被放飛的，即由一個有飛行技能的人來操控。目前使用的無人機(jī)通常有自動駕駛及導(dǎo)航系統(tǒng)，可保持飛行姿態(tài)、飛行高度及機(jī)型地面跟蹤。 遙控控制無人機(jī)通常指通過地面控制站中設(shè)置的開關(guān)或者操縱桿來手工調(diào)整無人機(jī)的方向、高度、速度等，以此來控制無人機(jī)的位置。但當(dāng)無人機(jī)到達(dá)指定航線時，無人機(jī)中的自動駕駛儀便可保持飛行穩(wěn)定及實行操縱。各種類型的導(dǎo)航系統(tǒng)（全球定位系統(tǒng)、無線電控制系統(tǒng)、慣性系統(tǒng)）可執(zhí)行事先設(shè)定的任務(wù)，這些任務(wù)可由人工操縱完成，也可自動完成。 一架典型的無人機(jī)系統(tǒng)至少應(yīng)該包括飛行器、一個或多個地面控制系統(tǒng)和/或任務(wù)規(guī)劃與控制站、有效載荷及數(shù)據(jù)鏈路。此外，很多無人機(jī)系統(tǒng)包括發(fā)射與回收子系統(tǒng)。一個非常簡單的、普通的無人機(jī)系統(tǒng)如圖1.1所示。 圖1.1 普通無人機(jī)系統(tǒng) 飛行器 飛行器是無人機(jī)系統(tǒng)中的空中部分，包括飛機(jī)機(jī)體、推進(jìn)裝置、飛行操控裝置、供電系統(tǒng)。飛行數(shù)據(jù)終端被安裝在飛機(jī)上，它是通訊數(shù)據(jù)鏈路的機(jī)載部分。有效載荷顯然是機(jī)載的，但它卻被認(rèn)為是獨(dú)立的子系統(tǒng)，能夠在不同的飛行器之間通用，并且經(jīng)過特別設(shè)計，能夠完成各種不同人物。飛機(jī)可以使固定翼式、旋轉(zhuǎn)翼式或風(fēng)管式。輕型飛行器也可稱為無人機(jī)。某些典型的飛行器如圖1.2所示。 圖1.2 典型的飛行器 多旋翼無人機(jī)系統(tǒng)分類 按軸數(shù)分有三軸、四軸、六軸、八軸甚至十八軸等。 按發(fā)動機(jī)個數(shù)分有三旋翼、四旋翼、六旋翼、八旋翼甚至十八旋翼等。 要大家明確一點(diǎn)是軸和旋翼一邊情況下是相同的，有時候也是不同的，比如四軸八旋翼。是將四軸上每個軸上下各安裝一個電機(jī)構(gòu)成八旋翼。本教材只要以四旋翼為主。 多旋翼無人機(jī)的任務(wù) 多旋翼無人機(jī)的任務(wù)根據(jù)航程、續(xù)航時間、速度及有效載荷能力來決定，通常在設(shè)計無人機(jī)之初主要是依據(jù)有效載荷和任務(wù)具體要求來設(shè)計。最常見的任務(wù)包括航拍、植保、巡線、刑偵、救援等等。任務(wù)不同需求也不同，對性能要求有各自的側(cè)重點(diǎn)，但目前最迫切的需要是在保證有足夠的任務(wù)載荷情況下能夠提供更長的續(xù)航時間。市場上可見的多旋翼無人機(jī)多應(yīng)用在民用領(lǐng)域，在軍事上應(yīng)該有大規(guī)模應(yīng)用的前景，但尚未普及，這也對多旋翼無人機(jī)的穩(wěn)定性、可靠性和適應(yīng)各種復(fù)雜環(huán)境的能力提出了挑戰(zhàn)，目前多旋翼無人機(jī)正朝著模塊化結(jié)構(gòu)邁進(jìn)，這大大簡化了多旋翼無人機(jī)的結(jié)構(gòu)，對進(jìn)一步拓寬市場起到了一定的推進(jìn)作用。 第二章 系統(tǒng)組成及原理 四軸（多軸）飛行器也叫四旋翼（多旋翼）飛行器，它有四個（多個）螺旋槳，四軸（多軸）飛行器也是飛行器中結(jié)構(gòu)最簡單的飛行器了。前后左右各一個，其中位于中心的主控板接收來自于遙控發(fā)射機(jī)的控制信號，在收到操作者的控制后通過數(shù)字的控制總線去控制四個電調(diào)，電調(diào)再把控制命令轉(zhuǎn)化為電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以達(dá)到操作者的控制要求。根據(jù)所安裝的飛控系統(tǒng)來確定電機(jī)的轉(zhuǎn)動順序和螺旋槳的正反，機(jī)械結(jié)構(gòu)上只需保持重量分布的均勻，四電機(jī)保持在一個水平線上，可以說結(jié)構(gòu)非常簡單，做四軸的目的也是為了用電子控制把機(jī)械結(jié)構(gòu)變得盡可能的簡單。 對于其組成歸納來說如圖所示： 多旋翼無人機(jī)組成 機(jī)身 起落架 馬達(dá) ， 電調(diào) 電池 螺旋槳 遙控裝置 GPS模塊 任務(wù)設(shè)備 數(shù)據(jù)鏈路 飛控 機(jī)身：機(jī)身是大多數(shù)設(shè)備的安裝位置，也是多旋翼無人機(jī)的主體，也成為機(jī)架。根據(jù)機(jī)臂個數(shù)不同分為：三旋翼，四旋翼，六旋翼，八旋翼，十六旋翼，十八旋翼也有四軸八旋翼等，結(jié)構(gòu)不同叫法也不同。出于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和重量考慮，一般采用碳纖維材質(zhì)。 起落架：多旋翼無人機(jī)唯一和地面接觸的部位。作為整個機(jī)身在起飛和降落時候的緩沖，也是為了保護(hù)機(jī)載設(shè)備，要求強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)牢固，和機(jī)身保持相當(dāng)可靠的連接，能夠承受一定的沖力。一般在起落架前后安裝或者涂裝上不同的顏色，用來在遠(yuǎn)距離多旋翼無人機(jī)飛行時能夠區(qū)分多旋翼無人機(jī)的前后。 馬達(dá)：對于電動無人機(jī)來說就是電機(jī)，是多旋翼無人機(jī)的動力機(jī)構(gòu)，提供升力，推力等。無刷電機(jī)去除了電刷，最直接的變化就是沒有了有刷電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的電火花，這樣就極大減少了電火花對遙控?zé)o線電設(shè)備的干擾。無刷電機(jī)沒有了電刷，運(yùn)轉(zhuǎn)時摩擦力大大減小，運(yùn)行順暢，噪音會低許多，這個優(yōu)點(diǎn)對于模型運(yùn)行穩(wěn)定性是一個巨大的支持。 電機(jī)四個數(shù)字的含義： 2212電機(jī)、2018電機(jī)等等，這表示電機(jī)的尺寸。不管什么牌子的電機(jī)，具體都要對應(yīng)4位這類數(shù)字，其中前面2位是電機(jī)轉(zhuǎn)子的直徑，后面2位是電機(jī)轉(zhuǎn)子的高度。注意，不是外殼。簡單來說，前面2位越大，電機(jī)越肥，后面2位越大，電機(jī)越高。又高又大的電機(jī)，功率就更大，適合做大四軸。通常2212電機(jī)是最常見的配置了。 無刷電機(jī)KV值定義：轉(zhuǎn)速/V，意思為輸入電壓增加1V，無刷電機(jī)空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速增加的轉(zhuǎn)速值。例如：1000kv電機(jī)，外加1v電壓，電機(jī)空轉(zhuǎn)時每分鐘轉(zhuǎn)1000轉(zhuǎn)，外加2v電壓，電機(jī)空轉(zhuǎn)就2000轉(zhuǎn)了。單從KV值，不可以評價電機(jī)的好壞，因為不同KV值有不同的適用不同尺寸的漿繞線匝數(shù)多的，KV值低，最高輸出電流小，但扭力大，上大尺寸的漿；繞線匝數(shù)少的，KV值高，最高輸出電流大，但扭力小，上小尺寸的漿 電調(diào)：電子調(diào)速器，將飛控的控制信號，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?，用于控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。因為電機(jī)的電流是很大的，通常每個電機(jī)正常工作時，平均有3A左右的電流，如果沒有電調(diào)的存在，飛控根本無法承受這樣大的電流，而且飛控也沒有驅(qū)動無刷電機(jī)的功能。同時電調(diào)在多旋翼無人機(jī)中也充當(dāng)了電壓變化器的作用，將11.1V電壓變?yōu)?V電壓給飛控供電。 電池：是電動多旋翼無人機(jī)的供電裝置，給電機(jī)和機(jī)載電子設(shè)備供電。最小是1S電池，常用的是3S、4S、6S，1S代表3.7V電壓， 螺旋槳：安裝在電機(jī)上，多旋翼無人機(jī)安裝的都是不可變總距的螺旋槳，主要指標(biāo)有螺距和尺寸。 漿的指標(biāo)是4位數(shù)字，前面2位代表槳的直徑（單位： 英寸，1英寸=254毫米）后面2位是槳的螺距。 正反槳 ：四軸飛行為了抵消螺旋槳的自旋，相鄰的槳旋轉(zhuǎn)方向是不一樣的，所以需要正反槳。正反槳的風(fēng)都向下吹。適合順時針旋轉(zhuǎn)的叫正漿、適合逆時針旋轉(zhuǎn)的是反漿。安裝的時候，一定記得無論正反槳，有字的一面是向上的（槳葉圓潤的一面要和電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向一致）。 電機(jī)與螺旋槳的搭配：這是非常復(fù)雜的問題，我自己也在研究當(dāng)中，所以建議采用大家常見的配置吧，但原理這里可以闡述一下：螺旋槳越大，升力就越大，但對應(yīng)需要更大的力量來驅(qū)動；螺旋槳轉(zhuǎn)速越高，升力越大；電機(jī)的kv越小，轉(zhuǎn)動力量就越大； 綜上所述，大螺旋槳就需要用低kv電機(jī)，小螺旋槳就需要高kv電機(jī)（因為需要用轉(zhuǎn)速來彌補(bǔ)升力不足）。如果高kv帶大槳，力量不夠，那么就很困難，實際還是低俗運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)和電調(diào)很容易燒掉。如果低kv帶小槳，完全沒有問題，但升力不夠，可能造成無法起飛。例如：常用1000kv電機(jī)，配10寸左右的槳。 飛控：包括陀螺儀、加速度計、電路控制板、各外設(shè)接口。 陀螺儀：理論上陀螺只測試旋轉(zhuǎn)角速度，但實際上所有的陀螺都對加速度敏感，而重力加速度在我們地球上又是無處不在，并且實際應(yīng)用中，很難保證陀螺不受沖擊和振動產(chǎn)生的加速度的影響，所以再實際應(yīng)用中陀螺對加速度的敏感程度就非常的重要，因為振動敏感度是最大的誤差源。兩軸陀螺儀能起到增穩(wěn)作用，三軸陀螺儀能夠自穩(wěn)。 加速度計：一般為三軸加速度計，測量三軸加速度和重力。 遙控裝置：包括遙控器和接收機(jī)，接收機(jī)裝在機(jī)上。一般按照通道數(shù)將遙控器分成六通道、八通道、十四通道遙控器等，對于通道的概念在后邊章節(jié)會有詳細(xì)介紹。 GPS模塊：測量多旋翼無人機(jī)當(dāng)前的經(jīng)緯度、高度、航跡方向、地速等信息。一般在GPS模塊中還會包含地磁羅盤（三軸磁力計）：測量飛機(jī)當(dāng)前的航向。 任務(wù)設(shè)備：目前最多的就是云臺，常用的有兩軸云臺和三軸云臺；云臺作為相機(jī)或攝像機(jī)的增穩(wěn)設(shè)備，提供兩個方向或三個方向的穩(wěn)定控制。云臺可以和控制電機(jī)的集成在一個遙控器中，也可以單獨(dú)的遙控器控制。 數(shù)據(jù)鏈路：數(shù)據(jù)鏈路包括數(shù)傳和圖傳。數(shù)傳就是數(shù)字傳輸，數(shù)傳終端和地面控制站（筆記本或手機(jī)等數(shù)據(jù)終端），接受來自飛控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息。圖傳就是圖像傳輸，接受機(jī)載相機(jī)或攝像機(jī)拍攝的圖像，一般延遲在幾十毫秒，目前也有高清數(shù)字圖傳，傳輸速率和清晰度都有很大提高。 控制原理 四軸飛行器的控制原理就是，當(dāng)沒有外力并且重量分布平均時，四個螺旋槳以一樣的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，在螺旋槳向上的拉力大于整機(jī)的重量時，四軸就會向上升，在拉力與重量相等時，四軸就可以在空中懸停。在四軸的前方受到向下的外力時，前方馬達(dá)加快轉(zhuǎn)速，以抵消外力的影響從而保持水平，同樣其它幾個方向受到外力時四軸也是可以通過這種動作保持水平的，當(dāng)需要控制四軸向前飛時，前方的馬達(dá)減速，而后方的馬達(dá)加速，這樣，四軸就會向前傾斜，也相應(yīng)的向前飛行，同樣，需要向后、向左、向右飛行也是通過這樣的控制就可以使四軸往我們想要控制的方向飛行了，當(dāng)我們要控制四軸的機(jī)頭方向向順時針轉(zhuǎn)動時，四軸同時加快左右馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，并同時降低前后馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，因為左右馬達(dá)是逆時針轉(zhuǎn)動的，而左右馬達(dá)的轉(zhuǎn)速是一樣，所以左右是保持平衡的，而前后馬達(dá)是順時針轉(zhuǎn)動的，但前后馬達(dá)的轉(zhuǎn)速也是一樣的，所以前后左右都是可以保持平衡，飛行高度也是可以保持的，但是逆時針轉(zhuǎn)動的力比順時針就大，所以機(jī)身會向反方向轉(zhuǎn)動，從而達(dá)到控制機(jī)頭的方向。這也是為什么要使用兩個反槳，兩個正槳的原因。 電調(diào) 我們平時用的商品電調(diào)是通過接收機(jī)上的油門通道進(jìn)行控制的，這個接收機(jī)出來的控制信號一般都是20mS 間隔的PPM脈寬控制信號，而四軸為了提高響應(yīng)的速度，需要控制命令的間隔更短-比如說5mS，所以就需要特殊的電調(diào)而不能用普通的商品電調(diào)，但是為什么要使用I2C總線跟電調(diào)連接呢，這個跟電路設(shè)計以及軟件編寫等有關(guān)，I2C總線在硬件連接上可以多個設(shè)備直接并連在總線上，它有相應(yīng)的傳輸機(jī)制保證主機(jī)與各個從機(jī)之前順暢溝通，這樣連接就比較的方便，所以四個電調(diào)的控制線是并接在一起連到主控板上就可以了，這個也跟我們選用的芯片相關(guān)，很多單片機(jī)都有集成I2C總線的，軟件設(shè)計起來也得心應(yīng)手。 陀螺儀 陀螺儀對微小的轉(zhuǎn)動非常敏感，所以它對飛行器飛行姿態(tài)的控制起著重要作用，飛機(jī)有一點(diǎn)點(diǎn)的偏轉(zhuǎn)陀螺儀就能自動修正，簡單的來說陀螺儀就是幫助飛機(jī)保持穩(wěn)定姿態(tài)的，所以又陀螺儀的飛機(jī)飛行穩(wěn)定，但是四軸飛行器沒有陀螺儀就不能飛了，因為四個螺旋槳的動力有一點(diǎn)點(diǎn)差別就會側(cè)翻，三軸加速計是用來分析陀螺儀的信號，轉(zhuǎn)了多少角度，分析此時飛行姿態(tài)，它能夠記住飛機(jī)的姿態(tài)，當(dāng)你操縱桿回位后，飛機(jī)就自動恢復(fù)水平。 簡單來說，航拍四軸（多軸）飛行器就是利用一個四軸（多軸）的飛行器搭載一個攝像，再加上一個圖傳系統(tǒng)實現(xiàn)地面的監(jiān)控，就組成了一個航拍四軸（多軸）飛行器了。 結(jié)構(gòu) 如圖所示，電機(jī)1和電機(jī)3逆時針旋轉(zhuǎn)的同時，電機(jī)2和電機(jī)4順時針旋轉(zhuǎn)，因此當(dāng)飛行器平衡飛行時，陀螺效應(yīng)和空氣動力扭矩效應(yīng)均被抵消。 與電動直升機(jī)相比，四旋翼飛行器有下列優(yōu)勢：各個旋翼對機(jī)身所施加的反扭矩與旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相反，因此當(dāng)電機(jī)1和電機(jī)3逆時針旋轉(zhuǎn)的同時，電機(jī)2和電機(jī)4順時針旋轉(zhuǎn)，可以平衡旋翼對機(jī)身的反扭矩。四旋翼飛行器在空間共有6個自由度（分別沿3個坐標(biāo)軸作平移和旋轉(zhuǎn)動作），這6個自由度的控制都可以通過調(diào)節(jié)不同電機(jī)的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)。 構(gòu)造 四軸飛行器其構(gòu)造特點(diǎn)是在它的四個角上各裝有一旋翼，由電機(jī)分別帶動，葉片可以正轉(zhuǎn)，也可以反轉(zhuǎn)。為了保持飛行器的穩(wěn)定飛行，在四軸飛行器上裝有3個方向的陀螺儀和3 軸加速度傳感器組成慣性導(dǎo)航模塊，它還通過電子調(diào)控器來保證其快速飛行。 技術(shù)難點(diǎn) 首先，在飛行過程中它不僅受到各種物理效應(yīng)的作用，還很容易受到氣流等 外部環(huán)境的干擾，很難獲得其準(zhǔn)確的性能參數(shù)。 其次，微型四旋翼無人飛行器是一個具有六個自由度，而只有四個控制輸入的欠驅(qū)動系統(tǒng)。它具有多變量、非線性、強(qiáng)耦合和干擾敏感的特性，使得飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計變得非常困難。 再次，利用陀螺進(jìn)行物體姿態(tài)檢測需要進(jìn)行累計誤差的消除，怎樣建立誤差模型和通過組合導(dǎo)航修正累積誤差是一個工程難題。這三個問題解決成功與否，是實現(xiàn)微型四旋翼無人飛行器自主飛行控制的關(guān)鍵，具有非常重要的研究價值。 基本運(yùn)動狀態(tài) 垂直運(yùn)動，俯仰運(yùn)動，滾轉(zhuǎn)運(yùn)動，偏航運(yùn)動，前后運(yùn)動，側(cè)向運(yùn)動。 垂直運(yùn)動 圖a中，因有兩對電機(jī)轉(zhuǎn)向相反，可以平衡其對機(jī)身的反扭矩，當(dāng)同時增加四個電機(jī)的輸出功率，旋翼轉(zhuǎn)速增加使得總的拉力增大，當(dāng)總拉力足以克服整機(jī)的重量時，四旋翼飛行器便離地垂直上升；反之，同時減小四個電機(jī)的輸出功率，四旋翼飛行器則垂直下降，直至平衡落地，實現(xiàn)了沿z軸的垂直運(yùn)動。當(dāng)外界擾動量為零時，在旋翼產(chǎn)生的升力等于飛行器的自重時，飛行器便保持懸停狀態(tài)。保證四個旋翼轉(zhuǎn)速同步增加或減小是垂直運(yùn)動的關(guān)鍵。 俯仰運(yùn)動 圖（b）中，電機(jī)1的轉(zhuǎn)速上升，電機(jī)3的轉(zhuǎn)速下降，電機(jī)2、電機(jī)4的轉(zhuǎn)速保持不變。為了不因為旋翼轉(zhuǎn)速的改變引起四旋翼飛行器整體扭矩及總拉力改變，旋翼1與旋翼3轉(zhuǎn)速該變量的大小應(yīng)相等。由于旋翼1的升力上升，旋翼3的升力下降，產(chǎn)生的不平衡力矩使機(jī)身繞y軸旋轉(zhuǎn)（方向如圖所示），同理，當(dāng)電機(jī)1的轉(zhuǎn)速下降，電機(jī)3的轉(zhuǎn)速上升，機(jī)身便繞y軸向另一個方向旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)飛行器的俯仰運(yùn)動。 滾轉(zhuǎn)運(yùn)動 與圖b的原理相同，在圖c中，改變電機(jī)2和電機(jī)4的轉(zhuǎn)速，保持電機(jī)1和電機(jī)3的轉(zhuǎn)速不變，則可使機(jī)身繞x軸旋轉(zhuǎn)（正向和反向），實現(xiàn)飛行器的滾轉(zhuǎn)運(yùn)動。 偏航運(yùn)動 四旋翼飛行器偏航運(yùn)動可以借助旋翼產(chǎn)生的反扭矩來實現(xiàn)。旋翼轉(zhuǎn)動過程中由于空氣阻力作用會形成與轉(zhuǎn)動方向相反的反扭矩，為了克服反扭矩影響，可使四個旋翼中的兩個正轉(zhuǎn)，兩個反轉(zhuǎn)，且對角線上的來年各個旋翼轉(zhuǎn)動方向相同。反扭矩的大小與旋翼轉(zhuǎn)速有關(guān)，當(dāng)四個電機(jī)轉(zhuǎn)速相同時，四個旋翼產(chǎn)生的反扭矩相互平衡，四旋翼飛行器不發(fā)生轉(zhuǎn)動；當(dāng)四個電機(jī)轉(zhuǎn)速不完全相同時，不平衡的反扭矩會引起四旋翼飛行器轉(zhuǎn)動。在圖d中，當(dāng)電機(jī)1和電機(jī)3的轉(zhuǎn)速上升，電機(jī)2和電機(jī)4的轉(zhuǎn)速下降時，旋翼1和旋翼3對機(jī)身的反扭矩大于旋翼2和旋翼4對機(jī)身的反扭矩，機(jī)身便在富余反扭矩的作用下繞z軸轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)飛行器的偏航運(yùn)動，轉(zhuǎn)向與電機(jī)1、電機(jī)3的轉(zhuǎn)向相反。 前后運(yùn)動 要想實現(xiàn)飛行器在水平面內(nèi)前后、左右的運(yùn)動，必須在水平面內(nèi)對飛行器施加一定的力。在圖e中，增加電機(jī)3轉(zhuǎn)速，使拉力增大，相應(yīng)減小電機(jī)1轉(zhuǎn)速，使拉力減小，同時保持其它兩個電機(jī)轉(zhuǎn)速不變，反扭矩仍然要保持平衡。按圖b的理論，飛行器首先發(fā)生一定程度的傾斜，從而使旋翼拉力產(chǎn)生水平分量，因此可以實現(xiàn)飛行器的前飛運(yùn)動。向后飛行與向前飛行正好相反。當(dāng)然在圖b圖c中，飛行器在產(chǎn)生俯仰、翻滾運(yùn)動的同時也會產(chǎn)生沿x、y軸的水平運(yùn)動。 側(cè)向運(yùn)動 在圖f中，由于結(jié)構(gòu)對稱，所以側(cè)向飛行的工作原理與前后運(yùn)動完全一樣。 第三章 飛行器 多旋翼的空氣動力特點(diǎn) (1)產(chǎn)生向上的升力用來克服機(jī)身的重力。多旋翼無人機(jī)是通過多個旋翼一起調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速達(dá)到控制機(jī)身完成飛行動作的目的，所以發(fā)動機(jī)空中停車時，多旋翼無人機(jī)會出現(xiàn)失控現(xiàn)象，除非六旋翼或更多旋翼在某個發(fā)動機(jī)停車時能夠通過其他發(fā)動機(jī)進(jìn)行補(bǔ)償。 (2)產(chǎn)生向前的水平分力克服空氣阻力使多旋翼無人機(jī)前進(jìn)，類似于飛機(jī)上推進(jìn)器的作用。 (3)產(chǎn)生其他分力及力矩：多旋翼無人機(jī)電機(jī)是成對出現(xiàn)的，且相鄰電機(jī)安裝正反漿，用以中和扭矩。螺旋槳由兩片槳葉組成。工作時，槳葉與空氣作相對運(yùn)動，產(chǎn)生空氣動力； 先來考察一下多旋翼的軸向直線運(yùn)動，由于多旋翼和直升機(jī)的情況類似，和直升機(jī)做對比就行研究。由于兩者技術(shù)要求不同，旋翼的直徑大且轉(zhuǎn)速??；螺旋槳的直徑小而轉(zhuǎn)速大。在分析、設(shè)計上就有所區(qū)別。設(shè)一旋冀，槳葉片數(shù)為k，以恒定角速度Ω繞軸旋轉(zhuǎn)，并以速度Vo沿旋轉(zhuǎn)軸作直線運(yùn)動。如果在想象中用一中心軸線與旋翼軸重合，而半徑為r的圓柱面把槳葉裁開(參閱圖2，1—3)，并將這圓柱面展開成平面，就得到槳葉剖面。既然這時槳葉包括旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和直線運(yùn)動，對于葉剖面來說，應(yīng)有用向速度(等于Ωr)和垂直于旋轉(zhuǎn)平面的速度(等于Vo)，而合速度是兩者的矢量和。顯然可以看出(如圖2．1—3)，用不同半徑的圓柱面所截出來的各個槳葉剖面，他們的合速度是不同的：大小不同，方向也不相同。如果再考慮到由于槳葉運(yùn)動所激起的附加氣流速度(誘導(dǎo)速度))，那么槳葉各個剖面與空氣之間的相對速度就更加不同。與機(jī)翼相比較，這就是槳葉工作條件復(fù)雜，對它的分析比較麻煩的原因所在。 旋翼拉力產(chǎn)生的滑流理論 現(xiàn)以直升機(jī)處于垂直上升狀態(tài)為例，應(yīng)用滑流理論說明旋翼拉力產(chǎn)生的原因。此時，將流過旋翼的空氣，或正確地說，受到旋翼作用的氣流，整個地看做一根光滑流管加以單獨(dú)處理。假設(shè)： 空氣是理想流體，沒有粘性，也不可壓縮； 旋轉(zhuǎn)著的旋冀是一個均勻作用于空氣的無限薄的圓盤(即槳盤)，流過槳盤的氣流速度在槳盤處各點(diǎn)為一常數(shù)； 氣流流過旋翼沒有扭轉(zhuǎn)(即不考慮旋翼的旋轉(zhuǎn)影響)，在正常飛行中，滑流沒有周期性的變化。 根據(jù)以上假設(shè)可以作出描述旋翼在：垂直上升狀態(tài)下滑流的物理圖像，如下圖所示，圖中選取三個滑流截面，So、S1和S2，在So面，氣流速度就是直升機(jī)垂直上升速度Vo，壓強(qiáng)為大氣壓Po，在S1的上面，氣流速度增加到V1=Vo+v1，壓強(qiáng)為P1上，在S1的下面，由于流動是連續(xù)的，所以速度仍是V1，但壓強(qiáng)有了突躍Pl下＞P1上，P1下一P1上即旋翼向上的拉力。在S2面，氣流速度繼續(xù)增加至V2=Vo+v2，壓強(qiáng)恢復(fù)到大氣壓強(qiáng)Po。 這里的v1是槳盤處的誘導(dǎo)速度。v2是下游遠(yuǎn)處的誘導(dǎo)速度，也就是在均勻流場內(nèi)或靜止空氣中所引起的速度增量。對于這種現(xiàn)象，可以利用牛頓第三用動定律來解釋拉力產(chǎn)生的原因。 旋翼拉力產(chǎn)生的渦流理論 根據(jù)前面所述的理論，只能宏觀地確定不同飛行狀態(tài)整個旋翼的拉力和需用功率，但無法得知沿旋翼槳葉徑向的空氣動力載荷，無法進(jìn)行旋設(shè)計。為此，必須進(jìn)一步了解旋翼周圍的流場，即旋冀槳葉作用于周圍空氣所引起的誘導(dǎo)速度，特別是沿槳葉的誘導(dǎo)速度，從而可計算槳葉各個剖面的受力分布。 在理論空氣動力學(xué)中，渦流理論就是求解任一物體(不論飛機(jī)機(jī)翼或旋翼槳葉)作用于周圍空氣所引起的誘導(dǎo)速度的方法。從渦流理論的觀點(diǎn)來看，旋翼槳葉對周圍空氣的作用，相當(dāng)于某一渦系在起作用，也就是說，旋翼的每片槳葉可用一條(或幾條)附著渦及很多由槳葉后緣逸出的、以螺旋形在旋翼下游順流至無限遠(yuǎn)的尾隨渦來代替。 按照旋翼經(jīng)典渦流理論，對于懸停及垂直上升狀態(tài)(即軸流狀態(tài))，旋翼渦系模型就像一個半無限長的渦拄，由一射線狀的圓形渦盤的附著渦系及多層同心的圓柱渦面(每層渦面由螺旋渦線所組成)的尾跡渦系兩部分所構(gòu)成(如下圖所示)。 直升機(jī)旋停、垂直上升狀態(tài)的渦柱 這套渦系模型完全與推進(jìn)螺旋槳的情況相同。至于旋冀在前飛狀態(tài)的渦系模型，可以合理地引伸為一個半無限長的斜向渦柱，由一圓形渦盤的附著渦系及多層斜向螺旋渦線的斜向渦面的尾跡渦系兩部分所構(gòu)成(如下圖所示)。 直升機(jī)前飛狀態(tài)的渦柱 基本空氣動力學(xué)方程在所有介紹空氣動力學(xué)的書中都有講，在這里只以淺顯的語言介紹，盡量讓大家不用因為公式頭疼 飛行性能 多軸飛行器里，拋開一些比較基本的震動、穩(wěn)定性的問題不說，大家關(guān)心比較多的應(yīng)該就是續(xù)航時間了。其實決定一架多軸飛行能力的主要指標(biāo)簡單的說無非就是飛行時間、飛行重量、耗電量這三個要素。搞清楚這三個要素之間的關(guān)系，你就會比較容易的設(shè)計出你想要的多軸飛行器。飛行時間和飛行重量這兩個都很好理解，飛行時間一般我們習(xí)慣以分鐘為單位，飛行重量我們習(xí)慣以克為單位。耗電量就是指你以某個飛行重量飛行了某段時間所損耗的電量。 耗電量的計算：不管是做什么形態(tài)的多軸，我們都想做出載重大，飛行時間長，耗電小的機(jī)子，如果說飛行時間和載重都是必須的，那么耗電量就是唯一可控的變量了，所以我們必須搞清楚多軸耗電量是怎么出來的。想要搞清楚這個問題，在這里有必要先普及一些基礎(chǔ)知識。大家都知道，我們家里的日常用電都是以度為單位的，一度電其實就代表一千瓦時（1000WH），指的是如果你有一臺功率是1000瓦的電器，使用一小時所耗的電量就是一度電。那么這臺電器的1000瓦功率指的具體又是什么呢？功率其實就是電流和電壓相互作用產(chǎn)生的結(jié)果，一般我們用“功率=電壓*電流”這個關(guān)系來表示。好，搞清這概念之后我們就可以去看看我們平時所使用的電池的電量到底有多少了。以最常見的3S2200MAH（毫安時）的鋰電來說，儲存在里面的電量理論上大概應(yīng)該是（3*3.7伏）*2.2安時=22.42瓦時，其中2.2安時（2.2AH）就是電池上所標(biāo)稱的2200毫安時（2200MAH）的換算結(jié)果，因為1000MAH=1AH,電壓我們就按平時最常說的3.7伏的單片電芯電壓來算。算出來的22.42瓦時就代表如果你的多軸使用的是這塊電池，而且整體飛行時的功率只有22.42瓦，那么飛行一個小時是沒問題的了。如果你的多軸功率是100瓦，那么用3S2200MAH這塊電池能飛多久呢？換算一下就知道了：60/（100/22.42）=13.45分鐘。其實，耗電量在實際情況下我們不是算出來的，而是飛出來的，飛完一塊電池后回來能充回進(jìn)去的電量才是比較真實的耗電量，一般好點(diǎn)的充電器都會有充電量顯示。說了這么久，那到底耗電量我們應(yīng)該怎樣去控制才能讓多軸能載大、航長、耗小呢？這個問題就取決于你如何去控制你多軸飛行器的飛行效率了。 飛行效率：飛行的效率一般我們用‘克/瓦’表示，代表每瓦的消耗能產(chǎn)生幾克的拉力，其高低與電機(jī)自身的效率和槳的搭配有著密切的關(guān)系，但電機(jī)的效率一般都是生產(chǎn)廠家給出的數(shù)據(jù)，而且還存在一定的水分，電機(jī)的型號相同廠家不同效率上也會有所不同，我們無法控制，只有選擇的權(quán)利。一般好點(diǎn)廠家的電機(jī)都會給出相應(yīng)的配槳效率參數(shù)，在廠家給出的效率表中，我們不難發(fā)現(xiàn)在電機(jī)效率高的情況下一般都是大槳低轉(zhuǎn)速時才會有，所以如果想讓多軸飛行效率高可以考慮盡量用KV值低的電機(jī)上大槳。 經(jīng)驗得出的結(jié)論： 在不考慮多軸的結(jié)構(gòu)、震動、平衡等方面帶來的損耗的基礎(chǔ)上，我們可以用下面兩個較為簡單的計算方法來對飛行器的安裝和調(diào)試進(jìn)行一些判斷。 方法一：（適用于裝機(jī)） 飛行時間 = 60 /（飛行重量 /（電池實際容量 * 電池電壓 * 效率））例如：你看上了一堆配置，大概參數(shù)是這樣：4S5000MAH的電池（重500克）、六軸機(jī)架（重400克）、電調(diào)（6*20克）、飛控圖傳（200克）、云臺和狗（200克）、電機(jī)和槳（6*100克），飛行器的飛行重量在2020克左右。假設(shè)根據(jù)廠家給出的數(shù)據(jù)，電機(jī)在和某槳搭配時，在30%的輸出功率時拉力是300克效率是13克瓦，在50%的輸出功率時拉力是500克效率是10克瓦，在80%的輸出功率時拉力是800克效率是7克瓦，根據(jù)多軸的2020克飛行重量得知每個電機(jī)的輸出拉力應(yīng)在340克以上才能實現(xiàn)懸停，那么我們可以根據(jù)廠家給出的參數(shù)保守的推算一下，在輸出340克的拉力時效率應(yīng)該還會有12克瓦左右。所有參數(shù)都知道了，我們就可以推算出自己的配置大概能飛幾分鐘了。 飛行時間=60 /（2020 /（ 5 * 14.8* 12））=26.43分鐘 所以理論上這套配置配出的多軸可以飛行26.43分鐘，但最后剔除一些電池放電是否能達(dá)到標(biāo)稱值、電機(jī)參數(shù)是否存在虛標(biāo)、槳的標(biāo)準(zhǔn)程度等因素，保守估計應(yīng)該會有20分鐘左右的懸停時間。 方法二：（適用于調(diào)試） 效率 = 飛行重量 /（（60 / 飛行時間）* 電池實際每小時電流 * 電池電壓） 例如：接上例你把飛機(jī)裝好了，飛行重量2020克，懸停爽飛了18分鐘，回來充電充進(jìn)了4500MAH充滿，那么機(jī)子的實際飛行效率是多少呢？ 效率=2020 /（（60 / 18）*4.5 * 14.8）=9.1克/瓦 所以你的多軸飛行效率應(yīng)該是9.1克每瓦，對比當(dāng)初的廠家效率表效率明顯偏低的了，這個時候你就可以自己分析一下是廠家虛標(biāo)了，還是機(jī)子結(jié)構(gòu)上有什么其他不合理的地方增加了內(nèi)耗，或者還是其他什么方面的原因了。 第四章 操作方法實例 裝機(jī)測試： 因多軸飛行器構(gòu)造簡單，相對直升機(jī)調(diào)試容易，對飛手基礎(chǔ)知識要求大大降低，導(dǎo)致近年航模愛好者和拍攝領(lǐng)域的流行。流行同時，因為飛行門檻降低，很多不具備足夠經(jīng)驗的新手在安裝多軸飛行器過程中缺乏相關(guān)知識，摔機(jī)事故頻發(fā)。某些調(diào)試盲點(diǎn)甚至是已入模多年的模友也難以避免。 本文以作者自身經(jīng)驗，在組裝六軸飛行器過程中，邊裝邊寫。針對目前絕大部分多軸裝機(jī)用戶存在的測試盲區(qū)，和忽略的細(xì)節(jié)，做一個詮釋和補(bǔ)充。 選擇機(jī)架 鏤空過多、中心板薄、電機(jī)臂碳管過小的機(jī)架會帶來無法消除的震動，使航拍畫面產(chǎn)生水波紋而無法忍受，且給飛控帶來負(fù)作用較大的信號噪聲，影響姿態(tài)數(shù)據(jù)采集和動力輸出。如飛行器起飛重量大于4KG，建議電機(jī)臂碳管不小于16mm或以上，機(jī)架碳板厚度達(dá)到1.5mm或以上。 市面上不少碳纖機(jī)架邊緣過于鋒利，不加以處理，長時間與線材摩擦，會造成絕緣皮破損，甚至短路。動力線、信號線等需要穿越碳纖機(jī)架邊緣、開槽、開孔處時，建議用膠布先覆蓋線材需要穿越區(qū)域或套上蛇皮管一類，保護(hù)線材絕緣皮不會磨損。如有耐心，能再次打磨機(jī)架邊緣并用502封邊則更佳。 選擇接收機(jī) 至少為多軸飛行器準(zhǔn)備PCM或2.4G接收機(jī)，PPM接收機(jī)用于多軸將是一場噩夢，不管你調(diào)整如何精細(xì)，PPM不抗干擾抖舵特性會讓所有努力付之一炬。沒有失控保護(hù)或沒有穩(wěn)定失控保護(hù)觸發(fā)(部分二次變頻PPM接收機(jī)支持失控保護(hù)，但觸發(fā)不穩(wěn)定)，都會導(dǎo)致丟機(jī)和摔機(jī)。飛行前務(wù)必在未安裝螺旋槳時，測試關(guān)控后飛控是否進(jìn)入正確狀態(tài)，接收機(jī)失控保護(hù)是否正確運(yùn)轉(zhuǎn)。 商用數(shù)傳電臺抗干擾、支持跳頻、帶數(shù)據(jù)效驗和冗余，在數(shù)據(jù)回傳、失控保護(hù)方面也非常穩(wěn)定，配合飛控支持的地面站能定航點(diǎn)定航路完成預(yù)定任務(wù)，同樣是好選擇。但APC250之類穩(wěn)定性欠佳的低端定頻數(shù)傳則不建議采用。 市面上流行的飛控如NAZA、Wookong-M、SuperX、X4、X6在遙控器校準(zhǔn)界面皆可觀察接收機(jī)的舵量輸出，如未打舵情況下任何通道跳動，很不幸你的接收機(jī)質(zhì)量欠佳或控的電位器已經(jīng)磨損，導(dǎo)致了抖舵，未排除故障前，不建議做任何校準(zhǔn)和飛行。 接收機(jī)天線擺放 多軸飛行器上天線擺放的重要性，僅次于選擇質(zhì)量優(yōu)良的接收機(jī)。就市面流行的接收機(jī)而言，存在FM、2.4G、433M、900M幾種，統(tǒng)一遵循的原則是，盡可能遠(yuǎn)離信號發(fā)射和接收裝置，尤其是遠(yuǎn)離圖傳、碳纖材料、和金屬，使用泡沫材料把天線與碳纖材料隔開3~5厘米。FM天線擺放需不纏繞，不重疊，盡可能舒展天線長度。能在確保不會纏繞到螺旋槳的情況下，耷拉在機(jī)體下方一段長度最好。433M、900M接收天線須垂直于地面，2.4G接收兩根天線互為90度擺放即可。 FUTABA的接收機(jī)說明書中，有明確寫到接收機(jī)應(yīng)遠(yuǎn)離碳纖、導(dǎo)體，可能的話將接收機(jī)與碳纖材料隔開15厘米以上距離。當(dāng)然這在多軸上是很難做到的，但 盡你所能，為接收機(jī)創(chuàng)造良好的收訊條件。 電機(jī)與電調(diào)匹配 現(xiàn)在市面上銷售的多軸電機(jī)，基本都提供電機(jī)搭配各種槳在不同油門下的測試曲線圖或表格。按最大推薦螺旋槳配置，并100%油門時消耗的電流大約一倍配置電調(diào)，只要飛行器不超載，是安全的。如朗宇X4112S配DJI 15X5碳纖槳最大電流能到17A，配置30A電調(diào)就能滿足需要。 需要注意！電機(jī)連接電調(diào)盡量不使用香蕉頭，焊接能消除接觸不良的隱患。 電調(diào)延長電源線只需采購與電調(diào)相同號數(shù)的硅膠線即可，多之無用。并聯(lián)到插頭時需要采用更高電流規(guī)格的硅膠線，多軸常用硅膠線在14~12號之間。多軸飛行器電機(jī)與電調(diào)的兼容適配和測試是一大難題，且因為電調(diào)輸出交流相位與電機(jī)的不匹配，會導(dǎo)致嚴(yán)重后果。更讓人無奈的是，在常規(guī)飛行和負(fù)載情況下，很多電機(jī)與電調(diào)的不兼容表現(xiàn)不明顯。甚至一些飛行器在多次全負(fù)載溫和航線下也順利飛行，但在做大機(jī)動時才顯露問題，表現(xiàn)為瞬間一個或多個電機(jī)驅(qū)動缺相，直接跌落(排除電源接觸不良，香蕉頭接觸問題等)。 曾經(jīng)遇到過：DJI 30A電調(diào)與雙天盤式電機(jī)存在嚴(yán)重兼容性問題，啟動后電機(jī)會發(fā)出明顯的轉(zhuǎn)動異響和嘯叫，1分鐘內(nèi)電機(jī)滾燙，且其中一個電機(jī)線圈開始冒煙。 要完全杜絕和排除此問題也較困難，因航模民用領(lǐng)域多軸，幾乎100%是開環(huán)結(jié)構(gòu)，無法檢測到每個電機(jī)是否轉(zhuǎn)速正常。（工業(yè)用多軸不少電機(jī)是內(nèi)置轉(zhuǎn)速計并輸出給飛控）單獨(dú)給每個電機(jī)安裝轉(zhuǎn)速計和電流計來測試實現(xiàn)成本又太高。 最基礎(chǔ)測試電機(jī)與電調(diào)兼容性問題的方案： 在地面拆除螺旋槳，姿態(tài)或增穩(wěn)模式啟動，啟動后油門推至50%，大角度晃動機(jī)身、大范圍變化油門量，使飛控輸出動力。仔細(xì)聆聽電機(jī)轉(zhuǎn)動聲音，并測量電機(jī)溫度。測試需要逐漸增加時間，如電機(jī)溫度正常，一開始測試30秒~1分鐘遞增。以上測試并不能完全杜絕因電機(jī)與電調(diào)兼容性的摔機(jī)，只能在一定程度上排除可能性。 選擇動力電池 目前航模用多旋翼飛行器一般總電流不會超過100A，選擇10~30C放電能力的鋰電都可滿足需要。但考慮到1米以上、或小軸距上下雙槳結(jié)構(gòu)、異形機(jī)架的電流需求變化起伏大，最精確當(dāng)然還是用高A數(shù)電流計計算所需電池C數(shù)。 眾所周知，電池容量乘以放電C數(shù)即可得到電池持續(xù)放電電流，以最常見的XAircraft X650為例，4S動力配置如選擇25C 5000MA 4S電池，持續(xù)放電電流可達(dá)125A，完全滿足飛行器需要。 值得注意的是，市面雜牌動力電池虛標(biāo)、掉電壓、虛焊問題嚴(yán)重，盡量選擇知名廠家的優(yōu)質(zhì)電池。避免空中掉電摔機(jī)造成更大損失。 如果飛行器需要攜帶較重的云臺、攝影、數(shù)據(jù)采集設(shè)備，則最好選擇低C數(shù)但能滿足動力電流需要的高密度輕量化電池。更可考慮雙電源輸入，雙電池并聯(lián)供電加多一重保險。 小心檢查電機(jī)軸機(jī)米和卡簧 以朗宇X4112S電機(jī)為例，固定電機(jī)軸的兩顆機(jī)米并未打螺絲膠，而我遇到6個電機(jī)其中2個，完全不用費(fèi)一點(diǎn)力氣，螺絲刀可以很輕松的弄下機(jī)米，這在飛行中很可能造成電機(jī)軸打滑的隱患。 建議！每個機(jī)米都卸下自己打螺絲膠安裝(模型直升機(jī)組裝基本都需打螺絲膠)，并確認(rèn)電機(jī)軸卡簧是否緊密。 信號線與電源線的處理 每個電機(jī)供電電調(diào)的舵機(jī)信號插頭，在有條件和基礎(chǔ)的情況下，小心把舵機(jī)信號插針從塑料插頭中取出，將信號線加上焊錫，與信號插針融為一體再插回，確保沒有松動可能。焊錫用量需恰到好處，焊接一氣呵成，且不可影響插針插入至原始深度。所有焊接務(wù)必等待焊錫10秒左右冷卻，才可確保牢靠，再熱縮管縮緊。所有接頭處，盡量打膠固定，不管是BEC、GPS、圖傳都有松動的可能。 強(qiáng)烈建議勿使用任何轉(zhuǎn)接頭，正品XT60插頭耐持續(xù)放電電流為80A，是1米軸距以下四軸、六軸插頭最起碼配置。更大的多軸飛行器可能需要配備100~150A耐持續(xù)放電規(guī)格的插頭。如須用到動力電并聯(lián)板，也需選擇銅箔厚度達(dá)標(biāo)的產(chǎn)品，且焊接時需要用到高功率電烙鐵以防散熱面積大，焊接溫度不足引起的虛焊。但我個人并不推薦動力電并聯(lián)板供電的方式，因多軸為減輕重量，以碳纖版為機(jī)架主要材料，摔機(jī)后損傷的碳纖碎片、并聯(lián)板變形可能導(dǎo)致直接短路，全部設(shè)備有玉石俱焚的可能。留有長度余量的動力電硅膠線并聯(lián)則可一定程度上規(guī)避短路。 油門行程確認(rèn) 在有條件和基礎(chǔ)的情況下，盡量制作與軸數(shù)相同的信號并連線，同時對所有電機(jī)進(jìn)行油門行程校正。校正后，使用遙控器的油門微調(diào)逐加，直到所有電機(jī)同時運(yùn)轉(zhuǎn)，再逐減油門微調(diào)，直到所有電機(jī)同時停止，以此驗證每個電機(jī)，油門行程都精確一致。在逐個給電調(diào)加電校正油門行程情況下，有可能會出現(xiàn)其中某個或多個電機(jī)啟動微調(diào)級別啟動不一致的情況，需重校油門行程，直到所有電機(jī)同步啟動和停止。如已接駁飛控，則需手動模式啟動，同樣驗證是否所有電機(jī)啟停一致。 電調(diào)設(shè)置 建議新電調(diào)到手后，根據(jù)說明書復(fù)位電調(diào)設(shè)置一次，然后低壓保護(hù)設(shè)置為最低電壓、關(guān)閉電調(diào)剎車、定速。設(shè)置完畢后在未安裝螺旋槳的情況下，再次確認(rèn)每個電機(jī)的轉(zhuǎn)向是否與飛控說明書中對應(yīng)的多軸飛行器電機(jī)轉(zhuǎn)向一致。如飛控調(diào)參軟件提供電機(jī)測試功能，則應(yīng)逐個電機(jī)測試是否軸位正確，轉(zhuǎn)向相符。 校正電機(jī)座水平和每個電機(jī)臂與中心板的軸距 有條件使用數(shù)字角度儀測量每個電機(jī)座與中心板的角度完全水平。沒有數(shù)字角度儀亦可采用氣泡水平計，當(dāng)然測量精度略差。測量每個電機(jī)臂與中心板的軸距一致。以上校正為了消除低效的動力輸出，和電機(jī)自身角度誤差帶來的額外能量消耗。 失控返航設(shè)置 失控觸發(fā)通道的接線尤其需要注意牢靠，飛控原配線材一般質(zhì)量不錯，安裝后打膠能保證可靠連接。如接收機(jī)出線接觸不良，飛控就無法接收到接收機(jī)的失控保護(hù)輸出，幾乎只有摔機(jī)。目前市面飛控是否進(jìn)入失控保護(hù)狀態(tài)，進(jìn)而觸發(fā)返航，都建立在接收機(jī)失控信號穩(wěn)定輸出到飛控基礎(chǔ)之上。但未來值得期待飛控廠家軟件完善，可依據(jù)遙控器TX信號丟失，設(shè)計在沒有接收機(jī)失控保護(hù)信號輸出的情況下，判斷遙控器TX信號是否穩(wěn)定來確定是否開啟返航。雖然就目前而言還未見任何飛控廠家在調(diào)參軟件中有TX信號丟失時的設(shè)置。在未安裝螺旋槳的情況下正確設(shè)置和驗證失控返航。市面流行的飛控觸發(fā)失控返航，以單通道觸發(fā)為多，但也有采用多通道的。DJI Wookong-M需要油門通道15%以上，和飛控U通道設(shè)置為特定舵量觸發(fā)，因此需要兩個通道正確設(shè)置失控返航。設(shè)置后通過調(diào)參軟件可在地面驗證設(shè)置和關(guān)閉遙控器確認(rèn)效果。 平衡機(jī)架中心板 以四軸為例，安裝云臺、圖傳、動力電池后，以兩把螺絲刀為起具，抬起中心板橫向兩邊中點(diǎn)，以飛行器中心板可水平抬起為準(zhǔn)。如有某一方傾斜，需調(diào)節(jié)動力電或云臺位置，以使飛行器中心板達(dá)到平衡。避免重心問題導(dǎo)致的額外動力開銷。 試飛并電機(jī)測溫 試飛最好選擇無風(fēng)天氣，盡量姿態(tài)模式脫控1.5米左右定高飛行，切勿使用GPS模式試飛。 試飛時間需要根據(jù)動力配置和載重而定，約達(dá)到飛行總時長50%后降落(設(shè)定電壓報警器為每個鋰電電芯達(dá)到3.9V告警并降落)，馬上使用非接觸式測溫計對每個電機(jī)進(jìn)行測溫并記錄，每個電機(jī)溫度偏差應(yīng)在10%以內(nèi)。如有較大偏差，則需單獨(dú)檢查電機(jī)、配平螺旋槳、槳座是否打滑等。 震動指數(shù)監(jiān)測 對于部分飛控已內(nèi)部可存儲震動數(shù)值，調(diào)試起來較為方便。部分飛控則無此功能，需要用借用其他有震動數(shù)值顯示的固定翼飛控來完成。震動大的機(jī)器會導(dǎo)致飛控傳感器被噪聲淹沒，無法穩(wěn)定飛行，甚至失控。硬掛錄像設(shè)備錄制的視頻，水波紋也會波濤洶涌。在飛控不支持震動數(shù)值記錄的情況下，硬掛1080P設(shè)備錄像，在電腦上全屏回放就能明顯察覺。另外國產(chǎn)螺旋槳動靜平衡皆不可恭維，也會導(dǎo)致震動數(shù)值狂飆，以飛行固定翼FPV和多軸經(jīng)驗來說，使用美國APC、德國CAM一類進(jìn)口螺旋槳無需人工配平也能明顯降低震動。其他螺旋槳則需人工有限補(bǔ)償靜平衡，動平衡則沒有專業(yè)設(shè)備和經(jīng)驗，模友無法校正。 飛控數(shù)據(jù)分析 試飛后，如飛控支持內(nèi)部數(shù)據(jù)記錄，可分別對電機(jī)動力輸出量、GPS信號、電池電壓放電、姿態(tài)變化曲線進(jìn)行記錄。以市面上支持外加組件或內(nèi)置數(shù)據(jù)記錄的飛控來說DJI Wookong-M(必須購買IOSD才可記錄數(shù)據(jù))、XAircraft SuperX(內(nèi)置數(shù)據(jù)記錄)、零度 X4\\X6(內(nèi)置數(shù)據(jù)記錄)，都可連續(xù)記錄每個電機(jī)動力輸出量、GPS信號質(zhì)量、電池電壓、姿態(tài)變化。特別值得贊許，XAircraft SuperX黑匣子功能，提供較為完整和直觀的各飛行數(shù)據(jù)圖表功能，電機(jī)臂安裝偏差問題、負(fù)載情況、震動值、電壓波動、GPS衛(wèi)星質(zhì)量都一目了然，在多軸航模飛控產(chǎn)品中給出了最詳盡的分析數(shù)據(jù)，即使你非航模老手，學(xué)會看數(shù)據(jù)圖表也能解決大量問題，排除故障也輕松了許多。然而更重要是無需任何額外花費(fèi)。 另一個重要的問題是索賠！眾所周知多軸飛行器相對直升機(jī)而言結(jié)構(gòu)足夠簡單，能排查的故障點(diǎn)并不多，一些罕見的莫名其妙翻掉和飛走，可能源于飛控廠家不可靠的軟、硬件BUG導(dǎo)致。 為減少炸機(jī)，請盡量做到以下幾點(diǎn)： 1、如無必要，不要安裝GPS飛行。大疆全系列飛控超敏易受干擾地磁羅盤是一大問題根源。只要接入GPS模塊，地磁器件的數(shù)據(jù)就會參與到姿態(tài)模式和GPS模式下，所以用姿態(tài)模式突然發(fā)現(xiàn)橫滾或方向不可控而炸機(jī)，請不要奇怪。 2、如必須安裝GPS，盡量不使用GPS模式而使用姿態(tài)模式飛行，但起飛仍需6顆衛(wèi)星以上，并等待記錄返航點(diǎn)。換場地必重新校準(zhǔn)地磁。 3、如非萬不得已，千萬不要使用失控返航。依賴地磁、易受各種干擾的飛控，希望安全方航的飛控，就只能靠運(yùn)氣了。 4、盡可能安裝IOSD MARK記錄飛行數(shù)據(jù)，如事故后找回飛行器，并發(fā)現(xiàn)IOSD MARK完好，取出了數(shù)據(jù)，檢查出飛行數(shù)據(jù)沒有任何異常，就有索賠的依據(jù)了。所以如果飛行數(shù)據(jù)沒有問題，你的損失可能會獲得賠償。 換個說法其實就是，沒有安裝IOSD MARK或不支持安裝IOSD MARK的用戶，或安裝了IOSD MARK并找回了飛行器但飛行數(shù)據(jù)損壞，或安裝了IOSD MARK，但事故后飛行器無法找回的用戶，出了事故也無法索賠。 5、只要用于超視距飛行，強(qiáng)烈建議關(guān)閉電壓保護(hù)功能。 下面我以兩個相對最容易出故障點(diǎn)的數(shù)據(jù)來舉例說明： 以電機(jī)動力輸出量來說：無風(fēng)情況下的飛行，每個電機(jī)的輸出量是接近的。如果偏差超過20%，首先得排查飛行器重心、其次是否槳打滑。另如果全載重后僅懸停，每個電機(jī)的輸出量都在80%以上，你的飛行器動力已經(jīng)接近飽和，飛行器大動作后超載會導(dǎo)致不可預(yù)見的結(jié)果。 以電池電壓來說，如果放電電壓不是線性下降，而存在瞬間陡峭的跌落超過2V或以上，比如4S鋰電作為動力電，從數(shù)據(jù)記錄上看，動力電在某個點(diǎn)從15V下降到13V，你的動力電很可能某電芯接觸不良，飛行器如果再沒有動力富余，會產(chǎn)生突然下降，或控制手感怪異甚至摔機(jī)。 排除磁性物體 現(xiàn)階段多軸飛控都不一而同采用了地磁來提高飛控定點(diǎn)穩(wěn)定度，因地磁受干擾因素較多。在安裝多軸飛行器時，務(wù)必檢查天線、安裝蓋等是否有磁性，有磁性的部件需要移除，以避免干擾飛控。尤其是大疆系列飛控地磁傳感器在姿態(tài)模式下也生效。 固定螺距多旋翼飛行器下降晃動問題 因非變距多旋翼飛行器的姿態(tài)穩(wěn)定基于螺旋槳轉(zhuǎn)速變化，下降時需控制下降速度，一般來說垂直下沉率高于每秒3米會造成機(jī)體嚴(yán)重晃動，有風(fēng)天氣甚至有直接翻掉的可能。因螺旋槳輸出動力減弱造成的自身姿態(tài)穩(wěn)定困難，再有外部自然因素的影響，需要下沉?xí)r應(yīng)嚴(yán)格控制下沉速率，有空間的情況下，考慮像固定翼一樣，一邊前行一邊逐步降落的方式，可降低下沉?xí)r的機(jī)體晃動。隨著飛行時風(fēng)力等級的大小，選擇越大風(fēng)力越低下沉率，反之亦然。擁有正負(fù)可變螺距范圍的定速/非定速多旋翼飛行器不在此例。 飛行環(huán)境問題 因目前階段民用多旋翼控制器陀螺精度差，定點(diǎn)懸停的實現(xiàn)，各個廠家都采用了相對簡單的GPS+地磁羅盤數(shù)據(jù)融合方式，且地磁極易受干擾，金屬物體接近、大功率無線電設(shè)備(手機(jī)信號基站)、礦物山體、建筑物都可能對地磁產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，從而產(chǎn)生飛行偏航、GPS模式下不受控、不失控返航等故障。 因此存在干擾隱患的區(qū)域應(yīng)盡量避開，或只采用姿態(tài)模式飛行。且更換場地后如使用GPS，需起飛前完成地磁校準(zhǔn)。 四旋翼室內(nèi)檢修 1、面觀 整體看一下四旋翼的外表： 1）機(jī)架是否歪斜； 2）槳面是否有瑕疵，磨損，斷裂，或者明顯的明紋裂痕； 3）電機(jī)是否歪斜，電機(jī)及其內(nèi)線是否有熔斷，異物殘存； 4）電調(diào)外包裝是否完整，是否有破裂，燒痕或者燒焦味道； 5）飛控連接線是否調(diào)理有序，同等接線口是否有合理布局，有無明顯接線異類線色； 6)飛控安裝是否水平，整體板子是否有熔斷，燒焦，元器件焊接凸起；7)各個焊接點(diǎn)是否有明顯斷裂，焊錫點(diǎn)變形等等； 8）遙控接收機(jī)天線是否有裂痕，是否有拉伸痕跡，接收機(jī)接線色是否整齊，無異類線色； 9）電調(diào)接線板是否有焊接松動，甚至是接線毛刺、灰塵，要及時清除，以免聯(lián)電； 10）將所有有接線處，比如插針，香蕉頭，T插處等，檢查看是否有拉伸痕跡，是否有熔化，。 注解：異類線色-對于航模接線一般是黑紅白或者棕紅黃，用來做線路接線，安裝時整排色澤是在一條直線上，如果安裝錯誤，肯定會明顯看出，因此取名異類線色。 2、手動 1）用手輕輕地?fù)軇踊蛘呃?，用測試力： 2）機(jī)架輕輕用手晃動，相鄰的兩個臂用手掰動，檢查是否有松動。手拿一個臂在空中晃幾下然后重復(fù)雙手各拿一個相鄰兩臂進(jìn)行掰動，檢查松動。如果有腳架，請晃動腳架是否松動把帶腳架整體機(jī)架放到地面，用手大力推一下，然后再離地二十公分處，地面有紙板鋪墊的情況下下落幾次，檢查是否有架腿歪斜； 3）手握住電機(jī)，或者槳放在手上，握住一頭槳，對槳面彎曲三十度，檢查槳面是否有裂紋明紋，然后再換另一頭； 4）手握住電機(jī)所在臂，然后輕輕晃動電機(jī)槳座或者子彈頭，看整體是否有松動，螺絲是否擰緊，然后握住電機(jī)底座，再晃動電機(jī)槳座或者子彈頭，看是否有松動； 5）電調(diào)接線連著接電機(jī)、飛控、接線板，因此把線拉幾下看周圍接線是否牢固，輕力； 6）手指握住飛控板側(cè)面，輕輕晃動，檢查飛控是否固定牢固；電調(diào)接線板上的線，都要用手輕輕晃幾下，檢查是否有松動； 7）接收機(jī)的插針是否有松動，輕輕地把接收機(jī)朝下，一只手握住接收機(jī)，另一只手輕拍握?。唤邮諜C(jī)的手腕。 8）將所有有接線處，比如插針，香蕉頭，T插處等，如果是已經(jīng)插上牢固的就輕輕拔一下看是否有松動，如果是需要經(jīng)常插拔的，比如電池接口，插拔幾次檢查下。 注解：測試力-小力度，也就是彎折一個易拉罐薄皮的力道。 3、聞聲 聞聲很重要，用耳朵細(xì)細(xì)聽： 1）握住機(jī)架相鄰兩個臂掰動，聽聲音是否有固定機(jī)架螺絲松動，臂固定聲音是否結(jié)實無異聲； 2）槳面用手握住安裝在電機(jī)上或者裸槳，握住中心，另一只手在一個槳面邊緣部分，彎曲三十度，然手迅速松手，聽聲音，一般塑料漿整體完整，無內(nèi)傷或者外傷裂痕，聽起來聲音厚實有力，彈性十足。然后再試另一面。彎曲聽聲過程，如果有內(nèi)痕明顯容易直接變成明紋，一定要仔細(xì)； 3）電機(jī)聲音，把槳固定或者無槳裸電機(jī)，用手轉(zhuǎn)動一下，正常的電機(jī)轉(zhuǎn)動聲音是渾實有力聽起來似乎有些油動聲音，聲音渾厚。但是有時候能聽起來干巴巴的，或者聲音發(fā)脆甚至能聽到內(nèi)部有明顯的咯嘣沙子類聲音轉(zhuǎn)起來不圓潤連續(xù)，那么你需要檢修一下電機(jī)了； 4）整體聽聲，將整體架子放到手上，握住一個臂，來回晃動下，聽是否有線路沒有固定好以及四旋翼內(nèi)是否有雜物聲音，需及時清理。4、測 將上面的綜合起來，然后進(jìn)行綜合檢修測試： 1）飛控單獨(dú)供電，檢查是否有異常，按照飛控飛行說明書，指示燈是否正確閃亮，遙控與飛控對接是否正常； 2）不對飛控供電，將四個電調(diào)線分別接到接收機(jī)油門處，輕推油門聽聲音，檢查是否有明顯反應(yīng)慢甚至是異聲； 3）將遙控放置穩(wěn)定處，飛機(jī)放在一個相對寬松地，至少周圍能有五十公分的寬松。通電然后實行遙控飛控對接，低油門，按照所用飛控的品牌，進(jìn)行檢查異常； 4）輕推油門逐漸升高，聽電機(jī)轉(zhuǎn)速以及觀察飛控指示燈，油門可推至五分之三處，觀察情況； 5）持續(xù)一分鐘左右，停止供電，用手摸一下電機(jī)、電調(diào)、電調(diào)接線板、飛控板、線路連接部、電池線、電池插口等處，檢查一下溫度，是否有燙手感覺； 6）如果上一條溫度有異常，無需測試本條。如果上一條再次對機(jī)器供電，打開，將油門對到低處，然后門推到五分之三處，然后堅持五秒，迅速拉回，如此重復(fù)兩三次，然后將油門固定至中間，停留十秒。迅速斷電，檢查溫度是否異常； 7）上兩條溫度異常需要及時的進(jìn)行檢修和更換，比如：僅有電池接線滾燙，那么就是硅膠線負(fù)載不了如此強(qiáng)的電流，需要及時更換。僅有電機(jī)電調(diào)溫度很熱，而不是燙，建議您以后飛行不要做大載重，超負(fù)荷動作。僅有電調(diào)電機(jī)接線處滾燙，建議檢查是否有焊接虛焊。開機(jī)后，電調(diào)123聲音是否一致，如果聽到有某個聲音短缺，及時檢查線路接線。開機(jī)后，某個電機(jī)出現(xiàn)重復(fù)或者斷續(xù)的123聲音，那么請您檢查焊接處松動虛焊。 四旋翼選擇場地及飛行守則 場地選擇 1）四旋翼飛場位置：盡量選擇郊區(qū)野外，農(nóng)村野外，方圓幾百米內(nèi)無任何交通要道，居住地，組織活動地等，堅決避開高壓線，移動信號站以及軍民用雷達(dá)站等地域。 2）四旋翼飛場環(huán)境：周圍盡量以草坪或者對農(nóng)田無傷害的松軟土質(zhì)等為主，盡量選擇草地，泥沙對四旋翼，尤其是設(shè)備包括相機(jī)等都有不小的危害。環(huán)境周圍無湖泊、小河流、積水區(qū)域、樹木、線路等。即為視野開闊，地面平坦區(qū)域。 3）四旋翼飛場天氣：盡量在晴天，無大風(fēng)情況下起飛，紅旗迎面展開，大四軸不可盲目起飛，最好不要起飛。紅旗極盡飄起，小四軸盡量不要盲目起飛。 4）四旋翼飛場空域：如果飛行器多，則盡量單獨(dú)或者劃定空域飛行，以免相互失業(yè)干擾。 5）四旋翼操作環(huán)境：地面平坦，利于操作者小幅度移動防止摔跤。操作者周圍無無關(guān)人員，防止對操作者進(jìn)行干擾。 6）四旋翼人群安排：如若有圍觀人員，盡量將圍觀人員安置在航模操作者面向飛行空域后，操作者身后位置，如有小朋友，盡量不要起飛，其監(jiān)護(hù)人必須對其孩子行為負(fù)責(zé)。堅決不允許飛行過程中回答圍觀者提出的問題，否則予以清場，換場。 飛行守則 1）起飛過程發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)立即停止起飛。已經(jīng)起飛后發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)立即進(jìn)行回落甚至迫降。 2）飛行過程應(yīng)專注，切勿與旁人交談，喝水等非飛行操作。 3）要掛遙控掛帶，保持好操作動作，切勿隨意手離控桿。 4）如若飛機(jī)出現(xiàn)迫降甚至失控，一定要選對參照系，方便四旋翼尋找。 5）迫降或者失控，盡量選擇在空曠的有草地或者不高于兩米的灌木叢，莊家地等地方，盡量減少損失。 四旋翼場飛檢查 按照場外現(xiàn)裝機(jī)為準(zhǔn) 裝機(jī) 一般場外裝機(jī)都是已經(jīng)將飛控固定好，各個插拔環(huán)節(jié)都已經(jīng)標(biāo)記盡