在多旋翼(yì)迅速发展的同时,其相应的零部件供应日益多样。因为多旋翼的载重根(gēn)据需(xū)求(qiú)各不相同,所以对应的“最优”零部件组合包括多旋翼构型(xíng)(四旋翼、六旋翼(yì)还(hái)是八旋翼)也各(gè)不相同。
多旋翼的(de)动力(lì)系统由航模电池(chí)、电子调速器、直流无(wú)刷(shuā)电机(jī)、螺旋桨四(sì)个部分组(zǔ)成,各(gè)部分(fèn)器件均具(jù)有一定的规格和相应的性能,所(suǒ)以该四(sì)部(bù)分(fèn)具(jù)有相应的最佳匹配组合。工程经验上的“高KV值电机配(pèi)小桨,低KV值配大桨”隐含(hán)的就(jiù)是这个道理(lǐ)。对于螺旋桨,主(zhǔ)要考虑其尺寸规(guī)格对其(qí)升(shēng)阻性(xìng)能的影响。对于电机,主要考虑其不同型号(hào)KV值的不同对电机转(zhuǎn)速的影响,同(tóng)时电机的性能是(shì)否优越(yuè)还要取决于其标(biāo)称空载电(diàn)流和空载电压、以及电(diàn)枢内(nèi)阻。对于电调,主要考虑其最大限(xiàn)制电流,其内阻对电池电压将起到一定的降压作用(yòng)。对于(yú)电池(chí),主要(yào)考虑其总容量(liàng)大小(xiǎo)影响多(duō)旋翼的续航时长(zhǎng)及其最大放电倍率限(xiàn)制其放电最大电流。
一(yī)、螺旋(xuán)桨作用
螺(luó)旋桨是直接(jiē)产(chǎn)生推力的部件,同样是以追求效率为第一目的。匹(pǐ)配的电(diàn)机、电调(diào)和螺旋桨(jiǎng)搭配,可以在相同的推(tuī)力(lì)下耗用更少(shǎo)的(de)电量,这样就(jiù)能延长多旋翼的(de)续航(háng)时间。因此,选择(zé)最(zuì)优的(de)螺旋桨(jiǎng)是提高续航时间(jiān)的一条捷径。螺旋桨是(shì)有(yǒu)正反两种方向的,因为(wéi)电机驱动螺旋桨转动时,本身会产生一个反(fǎn)扭力,会导致机(jī)架(jià)反向(xiàng)旋转。而通(tōng)过一个电机正向旋转、一(yī)个电机反向旋转,可以互相抵消(xiāo)这种反扭力,相对(duì)应的(de)螺旋(xuán)桨的(de)方向也就相反了。
二、电机作用
多(duō)旋翼的电机(jī)主要以无刷(shuā)直流电机(jī)为主,将电能(néng)转换成机械(xiè)能。无(wú)刷直流电机运转时(shí)靠电(diàn)子电路换(huàn)向,这样就极大减(jiǎn)少了电火花对遥控(kòng)无线(xiàn)电设备的(de)干扰,也减小了噪音。它一(yī)头固定(dìng)在机架力臂(bì)的电机座,一(yī)头固定螺旋桨,通过旋转产生向(xiàng)下的推力(lì)。不(bú)同(tóng)大小、负载的机(jī)架,需要(yào)配合(hé)不同规格、功(gōng)率的电机。
三、电调作用
电调全称电(diàn)子调速(sù)器,英文Electronic Speed Control,简称ESC。飞控板提供(gòng)的电流无法(fǎ)直接驱动无刷电机,它需要通(tōng)过电(diàn)调最终控(kòng)制电机的转速。电调(diào)最基本(běn)的功能就(jiù)是电机调速(通(tōng)过飞控板(bǎn)给定电压进行调(diào)节),其次,还可以为遥控接收器上其它通道的舵机供电(diàn)。而无刷电调多了一个重要功能,就是充当换相(xiàng)器的角色,因为(wéi)无刷电机没有电刷进行换相(直流电(diàn)源转化(huà)为三相电源供给无刷(shuā)电机,并对无刷电机(jī)起调速作用),所以需要靠电调进(jìn)行电子换相。当(dāng)然(rán),电(diàn)调还有(yǒu)一些其它辅助功能,如电池保(bǎo)护,启动(dòng)保(bǎo)护、刹车等(děng)。电调的作用就(jiù)是将多旋翼飞行(háng)控制单元(yuán)的控(kòng)制(zhì)信号快速转变为电枢电压(yā)大(dà)小和电流的大小,以控制电机(jī)的转速。因为(wéi)电机(jī)的电(diàn)流是很大的,如果没有电调的存在(zài),单(dān)靠电池供电是(shì)无(wú)法给无刷(shuā)直流电机供电的,同时飞控板又没有这么(me)大(dà)的放电功率(lǜ),所以电调(diào)对电(diàn)机而言(yán)是至关重要的驱动电路。电(diàn)调的(de)另一个作用(yòng)是为(wéi)机载其他电子(zǐ)设备提供稳压电源。
电调都会标上多少(shǎo)A,如(rú)30A,50A。这是(shì)电调(diào)最大允许(xǔ)通过电(diàn)流大小,超(chāo)过该电流(liú)值电调(diào)会(huì)被损坏。同时,电(diàn)调具有相应内阻,其发(fā)热功率需要得到注意。有些电(diàn)调电流可以达(dá)到几十安(ān)培,发热(rè)功率(lǜ)是电流的平方的函数,所(suǒ)以电调的散热性能也十分重要,因此大规格电调内阻一般都(dōu)比(bǐ)较(jiào)小。
四、电(diàn)池作用
电池(chí)主要用(yòng)于提供能量。目前(qián)航模最大的问题在于续(xù)航时间不(bú)够,其关键就在于电池容量的(de)大小。现(xiàn)在(zài)可用(yòng)来做模型动力的电池种(zhǒng)类很(hěn)多(duō),常见(jiàn)的有锂电(diàn)池和镍(niè)氢电池(chí),主要源于其优良的(de)性能和便宜的价格(gé)优势。然而,对于多旋翼(yì)无人机(jī)而言,电池单位重量的(de)能量载荷(hé)很(hěn)大程度上限制了其飞(fēi)行时间(jiān)和任务拓展。
电池的基本特征主(zhǔ)要有电压、放电容量、内阻大小、放电倍率。航模专(zhuān)用锂聚合物(wù)电池单节标(biāo)称电(diàn)压一般为3.7V,充满电可到4.2V,一(yī)般(bān)为保证总够电池容量及电压,可将三节电池串联使用。在实际过程(chéng)中,在电池的放电过程中,电(diàn)池容量逐(zhú)渐减小,并且研(yán)究(jiū)表明在某些(xiē)区域,电池剩(shèng)余容量与电池电流基本呈(chéng)线性下降关系。而在(zài)电池放电后(hòu)期,电池容(róng)量随电流的变化可(kě)能是(shì)急剧下降,所(suǒ)以一(yī)般会设置(zhì)航模电(diàn)池安全电压,3.4V或者(zhě)其他,视(shì)具体情(qíng)况(kuàng)而(ér)定,确保无(wú)人机在电池(chí)耗完前有足够(gòu)的电量返航。另外,不仅在放电过程(chéng)中电压会下降,而且由于(yú)电池本身具(jù)有内(nèi)阻,其放电电流越(yuè)大,自身由于内阻导致(zhì)的压降(jiàng)就越大,所以输出的电(diàn)压就越小。特别注意,在电池使用过程中,不能(néng)使电池电量完全放完,不然(rán)会对电池造成电(diàn)量无法恢复的损伤。
锂电(diàn)池组包含两部分:电池和锂电池保(bǎo)护线路。在电池组中是把(bǎ)多个电池(chí)串(chuàn)联起(qǐ)来,得到所需要的工作电压。如果所(suǒ)需要的是更高的容(róng)量和更大的电流,那(nà)就应该把(bǎ)电池(chí)并联起来。
多旋翼的动力系(xì)统(tǒng)是多旋翼能量的来源,直接关(guān)系到飞行器(qì)的悬(xuán)停时间(jiān)、最大负载重量和飞行距离等重要的指标。本章从能量的角度(dù),分析多旋翼的这些性能。总体来说,我们希望避免能量(liàng)的损(sǔn)失,得到(dào)最高的(de)系统效率,电调、电机和电池内部电(diàn)阻(zǔ)越小越好。为了提高飞行器的悬(xuán)停时(shí)间、最大负载重量和飞行距离,电池容(róng)量(liàng)越(yuè)大越好。然(rán)而容量越大,重量也就(jiù)越大。重量越大,反过来也会减少(shǎo)悬停时间(jiān)、最大负载重量和飞行距离。有时候,设计的(de)多旋翼根本飞(fēi)不起来,或者飞起来的时间很短。
图示:昆明劲鹰多旋翼无人机

咨询航(háng)拍(pāi)服务(wù)可加昆明劲鹰无人机(jī)飞控(kòng)手(shǒu)老鹰的微信(xìn)laoyingfly |