四轴飞行器和四旋翼飞行器

四旋翼飞行器毕业论文

1.四旋翼飞行器的内部设计

1.结构形式

旋翼对称分布在机体的前后、左右四个方向，四个旋翼处于同一高度平面，且四个旋翼的结构和半径都相同，四个电机对称的安装在飞行器的支架端，支架中间空间安放飞行控制计算机和外部设备。

2.工作原理

四旋翼飞行器通过调节四个电机转速来改变旋翼转速，实现升力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。四旋翼飞行器是一种六自由度的垂直升降机，但只有四个输入力，同时却有六个状态输出，所以它又是一种欠驱动系统。

(1)垂直运动：同时增加四个电机的输出功率，旋翼转速增加使得总的拉力增大，当总拉力足以克服整机的重量时，四旋翼飞行器便离地垂直上升；反之，同时减小四个电机的输出功率，四旋翼飞行器则垂直下降，直至平衡落地，实现了沿 z轴的垂直运动。当外界扰动量为零时，在旋翼产生的升力等于飞行器的自重时，飞行器便保持悬停状态。

(2)俯仰运动：在图（b）中，电机 1的转速上升，电机 3 的转速下降（改变量大小应相等），电机 2、电机 4 的转速保持不变。由于旋翼1 的升力上升，旋翼 3 的升力下降，产生的不平衡力矩使机身绕 y 轴旋转，同理，当电机 1 的转速下降，电机 3的转速上升，机身便绕y轴向另一个方向旋转，实现飞行器的俯仰运动。

(3)滚转运动：与图 b 的原理相同，在图 c 中，改变电机 2和电机 4的转速，保持电机1和电机 3的转速不变，则可使机身绕 x 轴旋转（正向和反向），实现飞行器的滚转运动。

(4)偏航运动：旋翼转动过程中由于空气阻力作用会形成与转动方向相反的反扭矩，为了克服反扭矩影响，可使四个旋翼中的两个正转，两个反转，且对角线上的各个旋翼转动方向相同。反扭矩的大小与旋翼转速有关，当四个电机转速相同时，四个旋翼产生的反扭矩相互平衡，四旋翼飞行器不发生转动；当四个电机转速不完全相同时，不平衡的反扭矩会引起四旋翼飞行器转动。在图 d中，当电机 1和电机 3 的转速上升，电机 2 和电机 4 的转速下降时，旋翼 1和旋翼3对机身的反扭矩大于旋翼2和旋翼4对机身的反扭矩，机身便在富余反扭矩的作用下绕 z轴转动，实现飞行器的偏航运动，转向与电机 1、电机3的转向相反。

(5)前后运动：要想实现飞行器在水平面内前后、左右的运动，必须在水平面内对飞行器施加一定的力。在图 e中，增加电机 3转速，使拉力增大，相应减小电机 1转速，使拉力减小，同时保持其它两个电机转速不变，反扭矩仍然要保持平衡。按图 b的理论，飞行器首先发生一定程度的倾斜，从而使旋翼拉力产生水平分量，因此可以实现飞行器的前飞运动。向后飞行与向前飞行正好相反。（在图 b 图 c中，飞行器在产生俯仰、翻滚运动的同时也会产生沿 x、y轴的水平运动。）

(6)倾向运动：在图 f 中，由于结构对称，所以倾向飞行的工作原理与前后运动完全一样。（俊鹰无人机）

2.四旋翼飞行器

一：螺旋桨，矢量控制

二：陀螺仪，修正姿态，旋转的物体，比静止物体稳定。（当陀螺转子以高速旋转时，在没有任何外力矩作用在陀螺仪上时，陀螺仪的自转轴在惯性空间中的指向保持稳定不变，即指向一个固定的方向；同时反抗任何改变转子轴向的力量。1、转子的转动惯量愈大，稳定性愈好； 2、转子角速度愈大，稳定性愈好。）

三：通道越多，姿态变化越多，每个通道分零点状态，给信号状态。科技含量高的飞行器，重点是微调系统，实现精准控制。有点像电脑上的声音，可调节。

四：路由，带宽数据载荷大，可以实现高清晰传输，路由像一个信号塔，收发幸好。飞行器将画面，通过路由（连接的电脑转化信息）传回Iphone 4,Iphone 4控制信息，转到电脑改成飞机能识别的遥控信息。

3.四旋翼飞行器

一：螺旋桨，矢量控制二：陀螺仪，修正姿态，旋转的物体，比静止物体稳定。

（当陀螺转子以高速旋转时，在没有任何外力矩作用在陀螺仪上时，陀螺仪的自转轴在惯性空间中的指向保持稳定不变，即指向一个固定的方向；同时反抗任何改变转子轴向的力量。1、转子的转动惯量愈大，稳定性愈好； 2、转子角速度愈大，稳定性愈好。）

三：通道越多，姿态变化越多，每个通道分零点状态，给信号状态。科技含量高的飞行器，重点是微调系统，实现精准控制。

有点像电脑上的声音，可调节。四：路由，带宽数据载荷大，可以实现高清晰传输，路由像一个信号塔，收发幸好。

飞行器将画面，通过路由（连接的电脑转化信息）传回Iphone 4,Iphone 4控制信息，转到电脑改成飞机能识别的遥控信息。

4.四旋翼飞行器前景怎么样

无人机行业最近很火，据前瞻产业研究院《2016-2021年中国无人机行业市场需求预测及投资战略规划分析报告》显示，无人机类型众多，按照应用领域的划分，可以分为军用、民用和消费级三大类。无人机自诞生起数十年间一直应用于军用领域，在军事侦察、地质测绘、气象减灾、电力巡查等方面扮演重要角色。军用无人机对于灵敏度、飞行高度速度、智能化等要求严苛，是技术水平最高的无人机。因此。军用无人机是衡量一个国家无人机生产水平的标准。相比于美国和以色列，国内无人机在空气动力、发动机、航行控制等方面还是存在一定差距。

前瞻产业研究院数据统计，当前，我国无人机市场规模在30亿元左右，军用和出口合计贡献行业90%收入来源，即军用无人机和民用无人机的市场规模为9:1，军用27亿元，民用3亿元；随着国内对航空工业投入增速，预计未来10年国内无人机投入增速可达16%以上。

显而易见，军用无人机市场潜力巨大，而国内的军用无人机主要由各大军工集团研制，主要包括中航工业集团、航天科工集团、航天科技（000901）集团等。目前上市公司从事的军用无人机业务的并不多，包括整机业务和相关部件提供等。但随着投入资金增多，市场规模不断扩大，上市公司今后也可在军用无人机领域共分一杯羹。

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