無人機結構與系統主講人：張翼無人機結構與系統機體坐標軸1機體坐標軸和基本運動狀態

飛機的運動狀態是通過圍繞飛機重心的三根互相垂直的軸，組成了飛機機體的坐標系即縱軸（X）、立軸（Y）和橫軸（Z）。機體坐標軸和基本運動狀態1.繞立軸（Y軸）的轉動稱為偏航Y軸立軸機體坐標軸和基本運動狀態2.繞橫軸（Z軸）的轉動稱為俯仰

Z軸橫軸機體坐標軸和基本運動狀態繞橫軸（Z軸）的轉動稱為俯仰機體坐標軸和基本運動狀態3.繞縱軸（X軸）的轉動稱為滾轉多旋翼無人機的結構2多旋翼無人機的結構a）I型四旋翼b）X型四旋翼c）I型六旋翼d）X型六旋翼多旋翼無人機的結構

g）X型共軸雙槳八旋翼h）I型八旋翼i）V型八旋翼e）IY型共軸雙槳六旋翼f）Y型共軸雙槳六旋翼多旋翼無人機的結構1多旋翼無人機的結構1)塑料：具有一定的剛度、強度和可彎曲度，易加工且價格便宜。（1）機架多旋翼無人機的結構2)玻璃纖維：剛度和強度比較高，加工困難，價格較高，但密度小，可以減輕整體機架的重量。多旋翼無人機的結構機架3)碳纖維：剛度和強度高，加工困難，價格較高，但密度小，可以減輕整體機架的重量。出于結構強度和重量考慮，一般采用碳纖維材質。多旋翼無人機的結構軸距F550多旋翼無人機的結構F450多旋翼無人機的結構（2）電機-尺寸

前面兩位數字是電機轉子的內直徑，后面兩位數字是電機轉子的高度，單位為毫米。多旋翼無人機的結構（2）電機-KV值

表示當電機的輸入電壓增加1伏特，無刷電機空轉轉速增加的轉速值，單位是“轉速/伏特”【（r/min·V）】。多旋翼無人機的結構（3）電子調速器

連接電池、飛行控制系統和電動機的部件。最大持續電流多旋翼無人機的結構（3）電子調速器電壓范圍多旋翼無人機的結構（3）電子調速器①電調的作用1)電機調速：將飛控的控制信號轉化為電流的大小，控制電機的轉速。2)變壓供電：將電池電壓變為飛控板和遙控接收機需要的電壓。3)電源轉化：將電池直流電轉換為交流電供給無刷電機。4)其他功能：如電池保護、啟動保護、剎車等。多旋翼無人機的結構1多旋翼無人機的結構（4）電池普通鋰電池優點： 自放電率低、額定電壓高、重量輕、效率高、電池造型設計靈活等多旋翼無人機的結構智能鋰電池

能夠對電池進行充放電的管理，主要功能包括電量顯示、存儲自放電保護、過充保護等多旋翼無人機的結構（1）連接方式

電池串聯可以獲得更大的電壓，但電池容量保持不變；電池并聯可以得到更大容量，但電壓不變。通常用字母“S”表示電池串聯，用字母“P”表示電池并聯。a)3S1Pb)3S2P多旋翼無人機的結構（2）參數1)電壓：鋰電池單節電壓3.7V。2)容量：電池容量用毫安時（mAh）表示，電池的容量越大，存儲的能量就越大，可提供的續航時間就越長，不過相應的重量也越大。多旋翼無人機的結構3)充放電倍率C

表示電池充放電時的電流大小，是充放電快慢的量度，其計算公式是充放電倍率=充放電電流/額定容量，單位為C。多旋翼無人機的結構該電池容量為2200mAh；3S1P表示3塊鋰電池串聯；總電壓為3.7×3=11.1V；最大放電電流為：35×2200=77000mA=77A圖上各數字字母含義？多旋翼無人機的結構無人機鋰電池參數解析多旋翼無人機的飛行原理1多旋翼無人機的飛行原理伯努利原理回顧小實驗拿出兩張紙片，像兩紙片間吹氣，觀察紙片變化兩紙片互相靠攏多旋翼無人機的飛行原理

當流體穩定地流過一條管道時，流速快的地方，壓力小；流速慢的地方，壓力大。伯努利原理多旋翼無人機的飛行原理多旋翼無人機的飛行原理多旋翼無人機的飛行原理多旋翼無人機的飛行原理

電機1和電機3逆時針旋轉的同時，電機2和電機4順時針旋轉。多旋翼無人機的飛行原理

如果沒有相鄰旋翼抵消陀螺效應和空氣動力轉矩效應會發生什么？？？多旋翼無人機的飛行原理多旋翼無人機飛行控制方式1多旋翼無人機飛行控制方式垂直升降升高高度：四個螺旋槳同時加速旋轉，升力加大降低高度：四個螺旋槳同時降低轉速，下降多旋翼無人機飛行控制方式

M3、M4電機提高轉速或M1、M2電機降低轉速，由于飛機后部的升力大于飛機前部，飛機的姿態會向前傾斜。俯仰運動多旋翼無人機飛行控制方式滾轉運動

將電機M2、M3的轉速增加或M1、M3的轉速減小，四旋翼會產生向右上方的合力，使四旋翼向右飛行。多旋翼無人機飛行控制方式偏航運動

將M1、M3的轉速增加或者M2、M4的轉速減小，四旋翼會向右旋轉，實現向右偏航。無人機向右偏航運動多旋翼無人機飛行控制方式原地旋轉 M2、M4電機轉速增加，M1、M3電機轉速降低，由于反扭矩影響，飛機就會產生逆時針方向的旋轉多旋翼無人機飛行控制方式多旋翼無人機飛行控制方式無人直升機的結構及飛行原理1.31.3.1結構組成無人直升機主要由主旋翼、尾槳、起落架、機身、傳動裝置、動力裝置等構成，如圖1-15所示。圖1-15無人直升機的結構組成1.主旋翼系統主旋翼系統由自動傾斜器、槳葉和槳轂組成。自動傾斜器又稱斜盤(俗稱十字盤)，用來改變旋翼槳葉的槳距。圖1-17自動傾斜器的結構組成全鉸接旋翼系統全鉸接旋翼系統通常全鉸接旋翼系統包含三個或者更多個旋翼槳葉。圖1-18全鉸接旋翼系統旋翼槳葉可以獨立地做揮舞、周期變距、擺振三種運動半剛體旋翼系統20世紀40年代中期，貝爾公司發展了萬向接頭式旋翼系統(圖1-19a)，50年代中期又把萬向接頭式旋翼系統進一步發展成蹺蹺板式旋翼系統(圖1-19b)。半剛體旋翼系統允許做兩種不同的運動，即揮舞和變距。圖1-19半剛體旋翼系統

a）萬向接頭式

b)蹺蹺板式涵道尾槳涵道尾槳

涵道尾槳將尾槳縮小，“隱藏”在尾撐端部的巨大開孔中(圖1-21)，這相當于給尾槳安上-一個罩子，大大改善了安全性，不易打到周圍的物體。圖1-21涵道尾槳無尾槳無尾槳(NOTAR,NOTAR是NoTailRotor的簡稱，意為無尾槳)無尾槳用噴氣引射和主旋翼下洗氣流的有利交互作用形成反轉矩，如圖1-22所示。圖1-22無尾槳起落架1.直升機起落架的主要作用是吸收在著陸時由于有垂直速度而帶來的能量，減少著陸時撞擊引起的過載，以及保證在整個使用過程中不發生地面共振。2.最常見的起落架是滑撬式起落架地形適應性高，不但能在環境良好的跑道上起降，也能在草地雪地、沙灘、戈壁等崎嶇不平、濕滑松軟的地面上起降。而輪式起落架容易陷入沙地、雪地，適應范圍就差多。動力和傳動裝置典型的無人直升機動力裝置主要使用安裝在機身上的往復式發動機。發動機可以采用垂直安裝或者水平安裝方式，通過傳動裝置將動力傳遞到垂直的主旋翼和尾翼的傳動軸上，如圖1-23所示。圖1-23動力和傳動裝置飛行控制系統飛行控制系統主要由陀螺儀(飛行姿態感知)、加速計、磁力計、氣壓傳感器(懸停高度粗略控制)、超聲波傳感器(低空高度精確控制或避障)、光流傳感器(懸停水平位置精確確定)、GPS模塊(水平位置高度粗略定位)以及控制電路組成，主要的功能就是自動保持飛機的正常飛行姿態。飛行原理1.3.21.3.2飛行原理無人直升機是一種旋翼航空器，其飛行所需的升力是靠旋翼旋轉產生的，每一片旋翼葉片都產生升力，這些升力的合力就是無人直升機的升力。1.3.3飛行控制方式前面提到通過控制旋翼和尾槳就可以實現使直升機上升、下降、懸停、前飛、側飛以及轉彎等，所以實際上無人直升機的操縱機構主要是針對旋翼和尾槳的。無人直升機的主要操縱機構包括周期變距桿、總距桿、方向桿等圖1-25無人直升機的操縱機構1.3.3飛行控制方式1.總距桿就是實現無人直升機上下運動。2.周期變距桿實現無人直升機前后、左右運動(也就是俯仰和滾轉運動)3.方向桿實現直升機偏航運動。固定翼無人機的結構及飛行原理1.41.4.1結構組成盡管固定翼無人機可以設計成用于不同的目的，但大多數固定翼無人機還是有相同的主要結構大部分由機身.機翼.尾翼.起落架.和發動機組成。圖1-27固定翼無人機的結構組成結構組成1.機身機身是承載任務設備、燃油/電池、通信裝置、起落架等裝置，以及連接機翼和尾翼的大型部件。圖1-28構架式機身硬殼式

硬殼式硬殼式機身結構是由蒙皮與少數隔框組成的其特點是沒有縱向構件，蒙皮較厚，機身的各種力主要由蒙皮承受圖1-29硬殼式機身半硬殼式半硬殼式機身：是將蒙皮與隔框、大梁、桁條牢固的鉚接起來成為一個受力的整體。1)桁梁式機身:主要由大梁、桁條、隔框和蒙皮組成，如圖1-30所示。幾根大梁的截面積很大，桁條的數量較少而且較弱，蒙皮較薄。圖1-30桁梁式機身固定翼無人機的結構1.4半硬殼式1)固定翼無人機機身的分類:構架式機身、硬殼式機身、半硬殼式機身。半硬殼式1)構架式機身：這種機身雖然強度和沖擊力較好，但剛度不好，特別是抗扭特性較差，且有效容積較小。圖1-28構架式機身硬殼式

硬殼式這種機身具有結構簡單丶氣動外形光滑，以及內部空間可全部利用的特點，但機身的相對載荷較小，而且蒙皮材料利用率不高。圖1-29硬殼式機身半硬殼式半硬殼式機身：又分為桁梁式和桁條式。“陣風”戰斗機半硬殼式1)桁梁式機身:從桁梁式機身的受力特點可以看出，在桁梁之間布置大開口不會顯著降低機身的抗彎強度和剛度。一般這種構造的飛機艙門比較大丶機身強度高，但抗彎抗扭低。所以一般只能用于低速飛行的固定翼。桁條式機身桁條式機身:桁條和蒙皮較強，是承受機身力的主要部件。由于蒙皮加厚，改變了機身的空氣動力性能，增大了機身結構的抗扭剛度，所以與桁梁式機身相比，他更適合用于較高速的固定翼無人機。圖1-31桁條式機身桁條式機身固定翼無人機的構造1.4.22.機翼機翼：是飛機的重要部件之一，安裝在機身上。其最主要的作用是產生升力，同時也可以在機翼內布置油箱和彈藥倉，在飛行中可以收起落架。圖1-32機翼的結構組成機身縱向骨架機翼的縱向骨架由翼梁、縱墻和桁條等組成，它們都是沿翼展方向布置的。機身1.翼梁：最主要的縱向構件，是機翼的主要受力部件、翼梁一般由緣條、腹板和支柱組成。圖1-33翼梁的結構組成機翼2.縱墻:縱墻分為前縱墻和后縱墻。縱墻與翼梁十分相像，二者的區別在于縱墻的緣條很弱并且不與機身相連，其長度有時僅為翼展的一部分。機翼3.桁條:鉚接在蒙皮內表面，支持蒙皮以提高其承載能力，并共同將氣動力分布載荷傳給翼肋。涵道尾槳橫向骨架機翼的橫向骨架主要是指翼肋(肋拱)，而翼肋又分為普通冀肋和加強冀肋，它們的安裝方向一般都垂直于機翼前緣。涵道尾槳涵道尾槳固定翼飛機結構1.4.2機翼

蒙皮蒙皮是包圍在機翼骨架外的部件，用粘結劑或鉚釘固定于骨架上，形成機翼的氣動力外形。尾翼尾翼：是固定翼無人機的重要部件之一。尾翼由垂直尾翼和水平尾翼組成。圖1-34尾翼結構圖1-35全動式水平尾翼起落架起落架：是固定翼無人機停放、滑行、起飛或者著陸時的主要支撐部分。最常用的輪式起落架由三個輪子組成，按照輪子分布方式分為前三點式和后三點式兩種前三點式起落架后三點式起落架固定翼飛機的飛行原理1.4.21.4.2飛行原理飛機在飛行時會到四個基本的作用力：升力（lift）、重力（weight）推力（thrust）與阻力（drag），如圖1-36所示。圖1-36飛機飛行時所承受的四個作用力L-升力T-推力/拉力G-重力D-阻力升力根據連續性原理，上翼面的氣流流速就比下翼面的流速快;由伯努利原理可得，上翼面的靜壓就比下翼面的靜壓低，上、下翼面間形成壓力差，此靜壓差稱為作用在機翼上的空氣動力。圖1-37升力的產生原理L-升力R-總空氣動力D-阻力V-氣流相對速度固定翼的升力3.1升力那么這節課呢我們在詳細的講一下，關于飛機升力的一些知識點。包括我們上節課提到的疑問：為什么飛機的上表面流速會比下表面流速快呢？那么今天我們就帶著這個疑問來學習一下。飛機是怎么飛起來的。升力如果是初中老師的話一定會給你畫一個機翼的剖面圖。然后上課老師就跟你講，看！這就是機翼的形狀，上凸下平的形狀。飛機飛行的時候，氣流從機翼前緣經過被，分成上下兩個部分最后同時達到，機翼的后援。升力上表面的距離更長，空氣流速大于下表面那么上表面的流速更長，空氣流速肯定是要大于下表面的。那么這里我們就解決了我們上節課的一個問題，就是為什么這個飛機的機翼上表面的流速比，下表面的流速要大。那就是因為小時候我們學數學經常用的一句話，那就是兩點之間直線最短。所以我們看一下這張圖的機翼，下表面是直的。所以凸起的上表面的距離肯定是比下表面的距離長。所以上表面流速才會比下表面流速大.升力所以呢，根據我們之前所說的伯努利原理，流速快的地方氣壓越小。所以上下表面的氣壓差就產生了升力。那么飛機就是這樣飛起來的。升力那么講到這里，有些同學又有疑惑了。老師，氣流為什么會同時到達后緣呢？老師為什么