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详(xiáng)解多(duō)旋翼无人机(jī)零部件(jiàn)作用

 

在多(duō)旋翼迅(xùn)速发展的同时(shí),其相应的(de)零部件供应日益多样。因(yīn)为多旋翼(yì)的载重根(gēn)据需求(qiú)各不(bú)相同,所(suǒ)以(yǐ)对应(yīng)的“最(zuì)优”零部件组合包括多旋翼构型(xíng)(四旋(xuán)翼、六旋翼还是八旋翼)也各不相(xiàng)同。

多旋翼的动力(lì)系统由航模电池、电子调(diào)速器、直流无刷电机、螺旋桨四(sì)个部分(fèn)组成,各部分器件均具有一定的规格和(hé)相应的性能,所以该四部分具(jù)有相应的(de)最佳(jiā)匹配组(zǔ)合。工(gōng)程经验(yàn)上(shàng)的“高KV值电机配(pèi)小桨,低KV值配大桨”隐含的就是这个道(dào)理(lǐ)。对于(yú)螺旋桨,主要(yào)考虑其尺寸规格对其升阻性能的影响。对于电机,主要考虑其不(bú)同(tóng)型号KV值的不同对(duì)电机转速的(de)影响(xiǎng),同时电机的性能是否优越还要取决于其标称空载电流(liú)和(hé)空载电压、以及电枢内阻。对于电调,主要考虑(lǜ)其最大限制电流(liú),其内阻对(duì)电(diàn)池电压将(jiāng)起到一定的降压(yā)作用。对于电池,主要(yào)考(kǎo)虑其总容量大小(xiǎo)影响多旋(xuán)翼的续(xù)航时长及其最大放电倍率限制其放电最大电流。

一、螺(luó)旋(xuán)桨作用

螺旋桨是直接产生推力的(de)部(bù)件,同样是以追求效率为第一目的。匹配的电(diàn)机(jī)、电调和螺旋桨搭(dā)配,可以在相同的推力下耗用(yòng)更少的电(diàn)量,这样就能(néng)延长多旋翼的续航时间。因(yīn)此,选择最(zuì)优(yōu)的螺旋(xuán)桨是提高续航时间的一条捷径。螺旋桨是有正反两种方向的,因为电机(jī)驱动螺旋桨转动时(shí),本身会产生一个反(fǎn)扭力,会导致机架反向旋转。而通过一(yī)个电机正向旋转(zhuǎn)、一个电机反向旋(xuán)转(zhuǎn),可以互相抵消(xiāo)这(zhè)种反扭力,相对应(yīng)的螺(luó)旋(xuán)桨的方向也就相反了(le)。

二、电(diàn)机作用

多旋翼(yì)的电机(jī)主要以(yǐ)无(wú)刷直流电机为主(zhǔ),将电能转换成机械能。无(wú)刷直(zhí)流电机运转时(shí)靠电(diàn)子(zǐ)电路换向,这样就极大减少了(le)电火(huǒ)花对(duì)遥控无线电设备的(de)干扰,也减(jiǎn)小了噪音。它一(yī)头固定在机架力臂的电机座,一头固(gù)定螺旋桨,通过旋转产(chǎn)生向(xiàng)下的(de)推力。不同大小、负载的机架(jià),需要配合不同规格、功率的电机。

三、电调作用

电(diàn)调全称电子调速器,英文Electronic Speed Control,简称ESC。飞控板(bǎn)提供(gòng)的电流(liú)无法直接驱动无(wú)刷(shuā)电机,它(tā)需(xū)要通过电调(diào)最终控制电机的(de)转(zhuǎn)速(sù)。电(diàn)调最基本的功(gōng)能就是电机调(diào)速(sù)(通过飞(fēi)控板给定电压(yā)进行调节),其(qí)次,还可以(yǐ)为遥控接收器上其它通道的(de)舵机供(gòng)电。而无刷电调多了一个重(chóng)要功能,就是(shì)充当换相器的角色,因为无刷电机没有电刷进行换相(直流电源转化为(wéi)三相电源(yuán)供给无刷电机,并对无刷电机起(qǐ)调速作用),所以需要靠电(diàn)调进(jìn)行电子换相。当然,电(diàn)调还有一些(xiē)其它辅助功能,如电池保护(hù),启动保护、刹(shā)车等。电调的作用(yòng)就是将多旋翼飞行控制单元的控制(zhì)信号(hào)快速转变为电枢电压大(dà)小和电(diàn)流的大小,以(yǐ)控制电机的转速。因(yīn)为电机的电流是很大的,如果(guǒ)没有电调的存在,单靠电池供电是无法给无(wú)刷直(zhí)流电机(jī)供电(diàn)的,同时飞控板又(yòu)没有(yǒu)这么大的放电(diàn)功率(lǜ),所以电调对(duì)电机(jī)而言是至关重要的驱动电(diàn)路(lù)。电调的另一个作用是为机载其他电子设备提供稳压电源。

电调都会标上多少A,如30A,50A。这是电调最大允许通过电流大小,超(chāo)过(guò)该电流值电(diàn)调会(huì)被损(sǔn)坏。同时,电调(diào)具有(yǒu)相应内阻,其发热功率需要(yào)得到注意。有些电调(diào)电流可以达到几十安培,发热功率是电流的平方的函数(shù),所以电调(diào)的散热(rè)性能也十分重要,因此大(dà)规格电调(diào)内阻一般(bān)都比较小。

四、电池作(zuò)用(yòng)

电池主(zhǔ)要(yào)用于提供(gòng)能(néng)量。目前航模(mó)最大的问题在(zài)于续航时(shí)间不够,其关(guān)键就在于电池容(róng)量的大(dà)小(xiǎo)。现在可用来做模(mó)型动力的(de)电池(chí)种类很多,常见的有锂电池和镍氢电池(chí),主要(yào)源于其(qí)优良的性(xìng)能和(hé)便宜的价(jià)格优(yōu)势。然而,对于多旋翼无人机而言,电池单位重(chóng)量的能量(liàng)载荷很(hěn)大程度(dù)上限(xiàn)制了其(qí)飞行时间和(hé)任务(wù)拓展。

电(diàn)池的基本特征主要(yào)有电压、放(fàng)电(diàn)容量、内阻大小、放电倍率。航(háng)模专用锂聚合物电池(chí)单节标称(chēng)电压一般为3.7V,充满电(diàn)可到4.2V,一般为(wéi)保证总够电池容量(liàng)及电(diàn)压,可将三节电池串联使用。在实际过(guò)程中,在电池的放电过程中,电池容量逐渐减小,并且研究表明在(zài)某(mǒu)些区域,电池剩余容量(liàng)与电池(chí)电(diàn)流(liú)基本呈线性(xìng)下降关(guān)系。而在电池放电后期,电池容量(liàng)随电流的变化(huà)可能是急剧(jù)下降,所以一(yī)般(bān)会(huì)设置航模(mó)电池(chí)安全电(diàn)压,3.4V或者其他,视具体(tǐ)情况而定,确保无人(rén)机在电池耗完前有足够的电(diàn)量返航。另(lìng)外,不仅在放电(diàn)过程中电压会下降,而且由于电(diàn)池本身具有(yǒu)内阻,其放电电(diàn)流越大,自身由于内阻导致的压降就越大,所以输(shū)出的(de)电压就(jiù)越小。特别注意,在电池使用过程中(zhōng),不能使电池电量完(wán)全放完,不然会对电池造成电量(liàng)无法恢复的损(sǔn)伤。

锂电池组包(bāo)含两部(bù)分:电池和锂电池保护线路。在电池组中是把多个电池串联(lián)起来(lái),得到所需要的(de)工作电压(yā)。如果(guǒ)所(suǒ)需要的是更高的容量和更大的电流,那就应该把电池并联起来。

多旋翼(yì)的动力系统是多旋(xuán)翼能量的来源(yuán),直接关系(xì)到飞行(háng)器的悬(xuán)停时间、最大负载重量和飞(fēi)行距离等(děng)重要的指标。本章从能(néng)量的(de)角度,分析(xī)多旋翼的这些性(xìng)能。总(zǒng)体来说(shuō),我们(men)希(xī)望避免能量的(de)损(sǔn)失,得(dé)到最高的系统效率,电调、电机和电池内(nèi)部电阻越小越好。为(wéi)了提高飞行器的悬停时间、最(zuì)大负载重量和飞行距离,电池容量越大越好。然(rán)而容量越大,重量也(yě)就(jiù)越大。重量越大,反过(guò)来也(yě)会(huì)减少悬停时(shí)间(jiān)、最大负载重量和(hé)飞行距(jù)离。有时候,设计的(de)多(duō)旋翼根本飞(fēi)不起(qǐ)来,或者飞起来的时间很短。

图示:昆(kūn)明劲鹰(yīng)多旋翼无人机

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