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为(wéi)什(shí)么无(wú)人(rén)机大(dà)多都是四个(gè)旋转(zhuǎn)翼?

 

现在的无(wú)人机(jī)大多是属于(yú)四轴无人机,这样的(de)无(wú)人机也是比较的方便。但是你知道为什么四(sì)轴无人(rén)机会登场吗?按照很多人(rén)的(de)想法,翅膀越多消耗(hào)的(de)电能也(yě)就越多,但是为(wéi)什么四轴无人机还是成为市场的(de)主流,这就要从它(tā)的构造(zào)说起了。

四旋翼飞行器配备了两(liǎng)只功能(néng)强大的眼(yǎn)睛:一只能看清(qīng)自己(jǐ)的“位置”,知(zhī)道自己是在黄山还(hái)是泰山,这就是自带的GPS定位系统;另一只(zhī)能看清自己的“姿态”,就是知道自(zì)己是“坐(zuò)着”、“躺着”,还是“倒立(lì)”,这就是(shì)陀螺(luó)仪。这两只眼睛还要和(hé)“加速度(dù)计”配合(hé)使用(yòng),才能更准确地知(zhī)道(dào)自己的姿态和(hé)位置(zhì),以(yǐ)及姿态和位置的改变情况。

所谓GPS定位系统即全球定位系统(GlobalPositioningSystem),是一(yī)种以全球24颗定(dìng)位人造卫星为基础,向全(quán)球(qiú)各地全天候地提供三维(wéi)位置、三维速(sù)度等信(xìn)息的无线(xiàn)电(diàn)导航定位系(xì)统。它由(yóu)三部分构成:一是地面(miàn)控(kòng)制部分,由主控站、地面天(tiān)线、监测站及通(tōng)讯辅助系统组成;二是(shì)空间部分(fèn),由24颗卫星组(zǔ)成,分布在6个轨道平面(miàn);三是(shì)用户装(zhuāng)置部分,由GPS接收机和卫星天线(xiàn)组成。四旋翼飞行器身(shēn)上安装的就是用户装置(zhì)部分。

陀螺仪又叫角速度计,就是通过(guò)一个不断旋转的陀螺记录“姿态”。它的原(yuán)理跟小时候玩的抽陀螺一样,陀(tuó)螺一旦转起来,即使地面(miàn)是斜(xié)的(de),陀螺(luó)还是会保持垂直旋转(zhuǎn),具(jù)有“定(dìng)轴性”,我们可以假定这个姿势(shì)是“坐姿”。当(dāng)四旋翼飞行器“躺下”时,便与(yǔ)坐姿产生了(le)一(yī)个夹角,但陀螺仪依然会沿着“躺姿”的轴(zhóu)继续高速旋转,具有“进动性”。利(lì)用安装在陀螺仪上(shàng)的(de)传感(gǎn)器就可以知道这个(gè)夹角的大小和方向,从而确定“姿态”的(de)变化。

认清了自己之后,四旋翼飞行器还需要认识他人(rén)。一般的四旋翼飞(fēi)行器(qì)会配备一架(jià)高级相机(jī),这(zhè)台高级相机,其实和咱们日常使(shǐ)用(yòng)的(de)相机(jī)是一个原理,只是多了一(yī)个高级(jí)的视觉处理系统,犹如人的(de)视(shì)神经系统一样,可以感(gǎn)知(zhī)周(zhōu)边环境。“相机(jī)”分辨(biàn)率越高四旋(xuán)翼飞(fēi)行器就“看”得越清楚。

四旋翼飞行器(qì)拥有对称分布在身体的前后左右的四只“翅(chì)膀”,它们在同一(yī)高度的平面上(shàng),大小完全相同,由四个(gè)对称分布(bù)在“翅膀”支(zhī)架端的电机提供动力,支架中间(jiān)安放着GPS、陀螺仪、加速度(dù)计、感(gǎn)应器、视觉感应系统和红外线测距装(zhuāng)置等。

四旋翼(yì)飞行器的四只“翅膀”不停的转(zhuǎn)动会提供升力,转速的改(gǎi)变可以改变升力的大小,从而改变(biàn)四旋(xuán)翼飞行器的位置和姿态。另外(wài),相(xiàng)邻(lín)的翅膀要做相(xiàng)反方(fāng)向的(de)旋转,这样才能(néng)产生(shēng)平衡的力矩防止四旋翼在空(kōng)中“打转(zhuǎn)”。

悬停:四个电机(jī)的(de)输出功率增(zēng)加,就带动着四只翅膀的转速提升,产生(shēng)向上(shàng)的(de)升力,当这个升力超出了四旋翼飞(fēi)行器自身重力时,四旋翼飞行器便起(qǐ)飞了。所谓在空(kōng)中悬停,就需要四只(zhī)翅膀转速带来的升力和地(dì)球(qiú)施加(jiā)的重力大小相(xiàng)同(tóng),方向相(xiàng)反,也就是“静若(ruò)处子”啦。

前进(jìn):做到悬(xuán)停之后,四旋翼飞行器又如何(hé)前进呢?这需要(yào)力的方(fāng)向发生(shēng)变化(huà),一定要有使其向前(qián)的力,如图(tú)7所示(shì),在悬停的基础上增加后面翅膀的转速使得升力增大,减小(xiǎo)前面翅膀的转速使得升力减小,如(rú)此(cǐ)四旋翼飞行器(qì)的(de)身体便会产(chǎn)生倾斜,翅膀的(de)升力差便会产(chǎn)生向前(qián)的分量,四旋翼飞行器便可以向前飞行了(le)。

滚(gǔn)转:如(rú)果(guǒ)改(gǎi)变(biàn)左(zuǒ)右(yòu)两(liǎng)只翅膀的转速,即改变力矩,四(sì)旋翼飞行器就能在空中实(shí)现滚(gǔn)转。当增大左边减(jiǎn)小右(yòu)边电机的转速或者减小(xiǎo)左边增(zēng)大右边电机的转速时,机体(tǐ)就(jiù)会(huì)倾(qīng)斜(xié),如此左(zuǒ)右不平(píng)衡的升力会使得力矩(jǔ)增大,这样(yàng)飞行器就可(kě)以(yǐ)在(zài)空中滚(gǔn)转(zhuǎn)了。 

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