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四軸航拍基本運動原理

作者: 本站原創
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發布時間:2014-9-28 16:57:11
垂直運動,俯仰運動,滾轉運動,偏航運動,前后運動,側向運動。
垂直運動

圖(a)中,因有兩對電機轉向相反,可以平衡其對機身的反扭矩,當同時增加四個電機的輸出功率,旋翼轉速增加使得總的拉力增大,當總拉力足以克服整機的重量時,四旋翼飛行器便離地垂直上升;反之,同時減小四個電機的輸出功率,四旋翼飛行器則垂直下降,直至平衡落地,實現了沿z軸的垂直運動。當外界擾動量為零時,在旋翼產生的升力等于飛行器的自重時,飛行器便保持懸停狀態。保證四個旋翼轉速同步增加或減小是垂直運動的關鍵。
四軸航拍基本運動原理
俯仰運動

圖(b)中,電機1的轉速上升,電機3的轉速下降,電機2、電機4的轉速保持不變。為了不因為旋翼轉速的改變引起四旋翼飛行器整體扭矩及總拉力改變,旋翼1與旋翼3轉速改變量的大小應相等。由于旋翼1的升力上升,旋翼3的升力下降,產生的不平衡力矩使機身繞y軸旋轉(方向如圖所示),同理,當電機1的轉速下降,電機3的轉速上升,機身便繞y軸向另一個方向旋轉,實現飛行器的俯仰運動。
四軸航拍基本運動原理

滾轉運動

與圖(b)的原理相同,在圖(c)中,改變電機2和電機4的轉速,保持電機1和電機3的轉速不變,則可使機身繞x軸旋轉(正向和反向),實現飛行器的滾轉運動。
四軸航拍基本運動原理

偏航運動

四旋翼飛行器偏航運動可以借助旋翼產生的反扭矩來實現。旋翼轉動過程中由于空氣阻力作用會形成與轉動方向相反的反扭矩,為了克服反扭矩影響,可使四個旋翼中的兩個正轉,兩個反轉,且對角線上的來年各個旋翼轉動方向相同。反扭矩的大小與旋翼轉速有關,當四個電機轉速相同時,四個旋翼產生的反扭矩相互平衡,四旋翼飛行器不發生轉動;當四個電機轉速不完全相同時,不平衡的反扭矩會引起四旋翼飛行器轉動。在圖(d)中,當電機1和電機3的轉速上升,電機2和電機4的轉速下降時,旋翼1和旋翼3對機身的反扭矩大于旋翼2和旋翼4對機身的反扭矩,機身便在富余反扭矩的作用下繞z軸轉動,實現飛行器的偏航運動,轉向與電機1、電機3的轉向相反。因為電機的總升力不變,飛機不會發會垂直運動。
四軸航拍基本運動原理
前后運動

要想實現飛行器在水平面內前后、左右的運動,必須在水平面內對飛行器施加一定的力。在圖(e)中,增加電機3轉速,使拉力增大,相應減小電機1轉速,使拉力減小,同時保持其它兩個電機轉速不變,反扭矩仍然要保持平衡。按圖(b)的理論,飛行器首先發生一定程度的傾斜,從而使旋翼拉力產生水平分量,因此可以實現飛行器的前飛運動。向后飛行與向前飛行正好相反。當然在圖(b)圖(c)中,飛行器在產生俯仰、翻滾運動的同時也會產生沿x、y軸的水平運動。
四軸航拍基本運動原理


側向運動

在圖(f)中,由于結構對稱,所以側向飛行的工作原理與前后運動完全一樣。
四軸航拍基本運動原理
 
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