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多旋翼机架设计
作者:优发国际app官网 发布时间:2021-01-12 00:40

  当桨与桨之间的距离从一个桨半径到0.1个桨半径变化时,气流对飞行器的整体性能影响很小。因此,为了使飞行器尽量的紧凑,可以取螺旋桨半径rp满足

  减小多旋翼机体尺寸对多旋翼惯性、有效负载具有很大影响,并最终影响最大可达角加速度α和位移加速度。

  在设计时,需要将重心设计到多旋翼的中心轴上。另外的一个问题是将重心设计到多旋翼螺旋桨形成的桨盘平面的上方还是下方呢?

  • 如图(a),如果多旋翼重心在桨盘平面下方,那么阻力形成的力矩会促使多旋翼俯仰角转向0度方向

  • 如图(b),若多旋翼重心在桨盘平面上,那么阻力形成的力矩会促使多旋翼俯仰角朝发散方向发展,直至翻转。

  • 如图(c),如果多旋翼重心在下,那么阻力形成的力矩会促使多旋翼俯仰角朝发散的方向发展,直至翻转。

  • 如图(d),若多旋翼重心在上,那么阻力形成的力矩会促使多旋翼俯仰趋向于0。因此,当多旋翼受到外界风干扰时,重心在桨盘平面的上方可以抑制扰动。

  • 需要通过反馈控制将多旋翼平衡。然而,如果重心在桨盘平面很靠上的位置,会使多旋翼某个运动模态很不稳定。因此,实际中建议将重心靠近多旋翼的中心,或者根据需求可以稍微靠下。这样控制器控制起来更容易些。

  理想位置应在多旋翼的中心。若自驾仪离飞行器中心较远,由于存在离心加速度和切向加速度, 将会引起加速度计的测量误差,即“杆臂效应”。

  Pixhawk/APM2自驾仪可在超过30度角的方位安装在机架上,需要通过相应的软件设置重新得到自驾仪安装在机体上的标准方位。

  (4)干扰阻力。要减少该阻力,需要妥善考虑和安排各部件之间的相对位置关系,部件连接处尽量圆滑过渡,减少漩涡产生。

  (2)并设计流线)考虑和安排各部件之间的相对位置关系,部件连接处尽量圆滑过渡,飞机表面也要尽量光滑

  1)飞控板上的加速度传感器对振动十分敏感而加速度信号直接关系到姿态角和位置的估计,因此十分重要。具体地:

  • 飞控程序融合了加速度计和气压计、GPS数据来估计飞行器的位置。而在飞行器定高、悬停、返航、导航、定点和自主飞行模式下,位置估计很关键

  2)减振另外一个重要的作用是提高成像的质量,这样就可以不依赖云台。这对于多旋翼的小型化至关重要。

  • 要保证电机与机臂的安装连接,以及机臂与控制云台的安装连接是安全可靠的,并具有一定的减震缓冲效果。

  1)一般在多旋翼横向振动强度低于0.3g,在纵向振动要求低于0.5 g。

  2)在许多情况下,因为自驾仪质量很小,导致泡沫胶带或尼龙扣不能起到足够的减振作用。如右图,已被测试过的可行的隔振方案有:Dubro泡沫、凝胶垫、O形环悬挂安装和耳塞式安装等。

  3)目前市面上也有飞控减振器,。它由2块玻纤支架,4个减震球和2块泡棉胶垫组成。

  1)多旋翼机身将处于螺旋桨所直接辐射的声场中,各灵敏传感器可能会受到噪声的影响而失线)噪声影响周围飞行环境,产生噪声污染。特别是多旋翼在居民区飞行时产生的噪音。

  3)若考虑不周,螺旋桨辐射的噪声所诱发的机体结构振动与声疲劳,有可能严重影响飞机的安全性。

  • 具有一定厚度的螺旋桨桨叶周期性地扫过周围空气介质,并导致空气微团的周期性非定常运动,于是就产生了厚度噪声;

  • 负载噪声是拉力噪声与阻力噪声的组合,是由于桨叶叶面的压力场变化而引起的。

  对于飞行器螺旋桨和各类叶轮机械来说,其共同特征是由旋转叶片发声。高速旋转的螺旋桨会导致气流脉动的产生,而强烈脉动的气流会以噪声的形式向外释放。一般而言,螺旋桨噪声可进一步区分为旋转噪声和宽带噪声。

  对于多旋翼来说增大桨距或桨叶直径可以有效减小叶尖速度,从而减弱桨叶叶尖失速产生的噪声;

  通过减小桨叶的总体积,我们就可以减小桨叶剖面的相对厚度和弦长,从而大幅度降低厚度噪声;

  对于给定的拉力设计要求,增加螺旋桨叶数可以减小叶片尺寸和转速,从而降低翼尖线速度,减弱叶片的噪声辐射;

  机载的声传感器可以探测到某个螺旋桨所产生的噪声,通过闭环反馈,系统可以利用另一个螺旋桨进行相应的抗噪,从而抵消所产生的噪声

  (2)减振方面,因为机体振动主要来源于机架变形、电机和螺旋桨不对称,所以在机架重量和尺寸相同情况下,尽量保证机架拥有更强的刚度,选择做工优良的电机和螺旋桨。为了防止针对对飞控或者摄像设备的影响,需要进一步考虑加入减振云台。

  (3)在减噪方面,主要通过设计新型的螺旋桨来达到。这一讲,我们仅仅给出了一些设计原则,而没有具体的设计方法。那么,在同等性能要求下,如何设计阻力最小、振动最小、噪声最小的多旋翼呢?在多旋翼外型大同小异的今天,这些可能就是未来可以改进的方向之一。

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