四旋翼無人機飛行原理

    根據四旋翼對稱的組成結構有兩種飛行姿態,一種是根據四旋翼十字對稱的結構,將處於同一水平線的一對機架樑作爲x軸另一對樑作爲y軸的“+”型飛行姿態,另一種是將相應兩個樑的對稱軸線作爲x軸,另一條對稱軸線作爲y軸的“X”型飛行姿態。

 

                                                 (a)                                                                           (b)

                                                                            圖2-3 四旋翼的飛行姿態

(1)“+”型飛行姿態飛行原理

   “+”型飛行姿態如圖2-3(a)所示。“+”型飛行姿態實現垂直運動需要將M1、M2、M3、M4四個電機的轉速同時增大或減小,如圖2-4(a)所示。如果想讓飛行器進行前後移動,實現俯仰運動,當將M1的轉速減小或者將M3的轉速增大,保持M2、M4的轉速不變的時候,四旋翼後會產生向前上方的合力,使四旋翼向前飛行。當將M1的轉速增大或者將M3的轉速減小,保持M2、M4的轉速不變的時候,四旋翼後會產生向後上方的合力,使四旋翼向後飛行,如圖2-4(b)所示。如果控制四旋翼左右飛行,實現滾轉運動,需要增加M2或減小M4的轉速,保持M1、M3的轉速不變,這樣會產生右上方的合力,使四旋翼向右飛行。當減小M2或者增加M4的轉速,同樣保持M1、M3的轉速不變時,四旋翼會產生向左上方的合力,使四旋翼向左飛行,如圖2-4(c)所示。如果想讓飛行器左右轉向,實現偏航運動,將M1、M3的轉速增加或者將M2、M4的轉速減小,四旋翼會向右旋轉,實現向右偏航。反之,如果將M1、M3的轉速減小或者將M2、M4的轉速增加,四旋翼會向左旋轉,實現向左偏航,如圖2-4(d)所示。

 

                                圖2-4 “+”型飛行姿態飛行原理圖

(2)“X”型飛行姿態飛行原理

   “X”型飛行姿態如圖2-3(b)所示。“X”型飛行姿態垂直運動與“+”型飛行姿態相同,只要同時增加或者減小電機M1、M2、M3、M4的轉速就能讓飛行器實現垂直運動,如圖2-5(a)所示。如果想讓四旋翼前後飛行,實現俯仰運動,如果將M1、M2的轉速減小或者將M3、M4增加時,四旋翼會產生向前上方的力,使四旋翼向前飛行。反之,如果將M1、M2的轉速增加或者將M3、M4減小時,四旋翼會產生向後上方的力,使四旋翼向後飛行,如圖2-5(b)所示。如果想讓四旋翼左右飛行,實現滾轉運動,如果將電機M2、M3的轉速增加或者將M1、M3的轉速減小時,四旋翼會產生向右上方的合力,使四旋翼向右飛行。反之,如果減小M2、M3的轉速或者增加M1、M4的轉速,四旋翼會產生向左上方的合力,使四旋翼向左飛行,如圖2-5(c)所示。如果想讓四旋翼左右轉向,實現偏航運動,將M1、M3的轉速增加或者將M2、M4的轉速減小,四旋翼會向右旋轉,實現向右偏航。反之,如果將M1、M3的轉速減小或者將M2、M4的轉速增加,四旋翼會向左旋轉,實現向左偏航,如圖2-5(d)所示。

 

                         (a)垂直運動                                                             (b)仰俯運動

 

           

                                (c)滾轉運動                                                      (d)偏航運動

                                               圖2-5 “X”型飛行姿態飛行原理

              四旋翼飛行姿態爲“X”型飛行姿態,這種飛行姿態在控制時,可以通過同時控制四個電機的轉速來控制四旋翼的飛行姿態,相比“+”型飛行姿態來說控制要複雜,但是,通過同時控制四個電機的方法控制飛行姿態的聯動性較好。
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