多旋翼
關注創建者：無人機工坊 創建時間：2020-02-17
多旋翼的視頻教程
基于icem+fluent多旋翼無人機氣動仿真
本課程從模型處理，到icem劃分網格，再到fluent設置，結果后處理，詳細介紹多旋翼無人機的氣動仿真過程，可以準確的得到指定轉速，指定速度情況下，多旋翼無人機的流場情況以及氣動力情況！包括拉力，扭矩，功率，力效等，以及速度、壓力云圖，下洗流場情況等。（本視頻采用的是瞬態滑移網格的形式進行的計算）（/無人機仿真/無人機流場仿真/飛行器仿真/多軸仿真） 有疑問和建議隨時交流，共同進步！
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基于SCDM+Fluent Meshing+Fluent的大疆精靈3多旋翼無人機整機氣動分析
1、掌握基于SCDM軟件的對現有模型的處理，包括： 模型的簡化： 模型的修復，包括：組合，拉伸，修復等命令的操作 多個不共節點計算域的創建以及注意事項； 計算邊界的創建 2、掌握FM的網格劃分的基本流程，包括： 幾何導入的操作與技巧； 局部尺寸加密的操作； 面網格的修復； 面網格的質量提升； 多計算域不共節點的劃分和注意事項； 體網格的質量提升； 通過這個算例，可以基本掌握
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基于SCDM+Fluent Meshing+ Fluent的多旋翼無人機螺旋槳單向流固耦合的仿真
主要包括兩個部分CFD氣動計算模塊和CAE結構分析模塊； CFD氣動計算模塊包括以下內容：從模型處理，到Fluent Meshing網格劃分，再到fluent設置和結果后處理，詳細介紹無人機螺旋槳/旋翼的仿真過程（MRF方法），可以準確的得到指定轉速下，無人機螺旋槳的拉力、扭矩、下洗流場等。
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多旋翼的實例教程
多旋翼無人機經歷十年的高速發展，已經從單一場景應用向廣域場景蔓延，從單機飛行到多機協同再到集群控制。伴隨著技術的突飛猛進，無人機在結構上不斷迭代創新，在載荷上持續推陳出新，以適應行業發展的需求。本文首先介紹了多旋翼無人機最新發展的設計結構，然后羅列了多旋翼無人機在各行業的應用場景，最后描述了多旋翼無人機的發展趨勢。
引言
自多旋翼飛行器的誕生至今已有百年之久，但科研人員在多旋翼飛行器上的探索卻沒有停止。近年以來，在技術、材料和制造等方面的極速發展態勢下，多旋翼無人機在民用領域和軍用領域應用逐漸廣泛，備受青睞。為適應行業發展的新需求，多旋翼無人機的結構設計也發生的諸多變化，不再是簡單地增加旋翼數量和擴大軸距，比如加裝籠式裝置既保護了無人機的旋翼又避免旋翼割傷損壞周圍的人員和物品；通過改裝使機體結構模塊化，方便更換任務載荷以適應多場景；設計專用消防無人機來彌補傳統消防器材的不足……總之，科技發展的促進和行業應用的倒逼將會促使無人機技術邁向更高的臺階。
多旋翼無人機的新設計
多旋翼無人機的形態設計已經多種多樣，但新的結構形式仍在不斷涌現。多旋翼無人機的新設計主要體現在無人機本身結構的設計，比如可折疊多旋翼無人機、全向多旋翼無人機等，也體現在無人機外部加裝結構的設計，比如帶機械臂多旋翼，還有多旋翼與固定翼的復合形態設計，比如垂直起降固定翼無人機、尾座式多旋翼無人機、升力翼多旋翼無人機，同樣還有異構設計，比如雙旋翼無人機、多棲多旋翼無人機。
1.1 籠式多旋翼無人機
為解決多旋翼無人機帶來的安全性問題，設計者研發了籠式多旋翼，將多旋翼放置于一個籠式結構中，即使無人機在飛行過程中發生失誤，由于有保護籠裝置，可以有效降低人身傷害或螺旋槳損壞的風險。
展開 4.1用途
近年來隨著多旋翼無人機技術的高速的發展，應用場景越來越多的，在軍事方面，多旋翼無人機分為偵察機和靶機，偵察機用于完成戰場偵察和監視、定位校射、毀傷評估、電子戰等；民用方面，如邊境巡邏，物流運輸，航空攝影，航空探礦，災情監視，交通巡邏等；
在工業設計上，需要考慮的是多旋翼無人機具體的應用場景，融合行業應用的特點進行設計。
4.2功能
功能是多旋翼無人機與用戶之間的基本關系，用戶在使用多旋翼無人機時，從產品的功能中獲得滿足。多旋翼無人機的功能設計體現了產品的實用性原則。在合乎實用性設計原則之上，再考慮多旋翼無人機的創新與藝術性原則，功能即是無人機工業設計的核心點。
4.3結構
對于多旋翼無人機結構常見的有有四旋翼，六旋翼，八旋翼等，無論多旋翼無人機尺寸大小，都基本包括：中心板，機臂，飛控，電調，接收機，高度計，數傳電臺，GPS，IMU，升力裝置和動力裝置等。對于行業應用的多旋翼一般還配有，云臺，圖傳，避障裝置，VR設備，任務載荷等。多旋翼無人機的結構關乎產品功能需求。設計需要根據是產品定位和市場為導向。
4.4形式
形式美是構成多旋翼無人機的外部材料的自然屬性，以及它們的組合規律所呈現出的獨特的審美特性。無人機的產品美是無人機與形式高度統一的復合體。視覺是用戶認知無人機最直接手段，多旋翼無人機的外觀在依附于功能和性能，在滿足功能和性能的前提下，好的工業設計設計能刺激客戶購買欲望。
展開 多旋翼+螺旋槳型 eVTOL 飛行器實際上是電動版的復合式直升機。電動多旋翼相當于復合式直升機的單/雙旋翼，是專門用于提供升降力的推進器，電動螺旋槳是專門用于前向飛行的推進器，多旋翼的支撐結構可作為飛行短翼，在前向飛行時減輕多旋翼的升力負擔。
共軸雙槳復合式直升機
同多旋翼型 eVTOL飛行器和機翼+螺旋槳+多旋翼型eVTOL飛行器一樣，在此簡要評估一下此種類型 eVTOL 飛行器的飛行性能：
Eve Air Mobility Eve V3 網址：https://evtol.news/embraer/
垂直飛行性能：
多旋翼+螺旋槳型 eVTOL 飛行器，可靈活設計電動旋翼的直徑尺寸、功率載荷、旋翼數量，電動螺旋槳數量以及安裝位置、結構布局。
懸停狀態飛行：電動旋翼安裝位置距離飛行器重心遠，控制力矩大；電動旋翼在水平面上多位均勻布局，量化了方位角度，控制響應快；電動旋翼同型號的數量多，便于設計交替冗余使用。遇有強風干擾，電動螺旋槳能夠逆風推進，提高飛行器的抗風性能。
起降狀態飛行：垂直起飛時，電動螺旋槳能夠快速強力推進飛行器，加快從懸停到前飛狀態的過渡時間，減少懸停能量消耗；降落進近時，電動螺旋槳能反向推進為飛行器剎車，避免機頭上揚影響駕駛員著陸操縱視線。
前向飛行性能：
多旋翼+螺旋槳型 eVTOL 飛行器，專門由電動螺旋槳提供前向水平推進動力，能夠保持多旋翼槳盤平面處于水平狀態，使各個電動旋翼能夠均勻提供升力，避免了前后電動旋翼功率需求差異過大的困境。
電動旋翼支架結構能夠進行翼型設計，前向飛行時產生附加升力，提高飛行器的升阻比。
展開 摘 要：
對多旋翼無人機的結構振動問題進行了設計研究。在小型多旋翼無人機上，激光振動儀驗證了加速度傳感器測量振動的可靠性，發現圓形碳纖維臂具有較強的阻尼能力，z軸方向振動最強。實驗表明，多旋翼無人機臂的主要振動為300 Hz以下的低頻振動，主要產生扭轉和彎曲模態。該研究還提出了一種抑制多旋翼無人機振動的改進策略。
關鍵詞：多旋翼無人機;結構振動;低頻;扭轉模態;彎曲模態;
現在無人機系統正朝著提高無人機自主能力方向發展，主要集中在提高其智能化水平上，如環境感知[1]、規劃[2,3]和控制[4]等，但是對于無人機結構本身關注的不太多。作為下一代新型交通工具的候選者，多旋翼無人機的安全性和乘坐舒適性無疑是至關重要的，因此，對無人機振動帶來結構性損壞以及噪聲影響也應該得到更加廣泛關注。
文獻[5]對微型四旋翼飛行器氣動和振動特性進行了分析，探討了螺旋槳對振動的影響。文獻[6]提出了一種自動風險評估的通用方法，為復雜環境下空中作戰風險評估提供了一個模塊化的、數據驅動的框架。還有很多學者通過研究無人機局部振動信息來提升穩定性，如文獻[7]通過對小型多旋翼無人機結構振動分析得到敏感的電子設備安裝位置，文獻[8]設計了一款抗振模塊來保護敏感電子設備。文獻[9]研究電機振動與無人機穩定性的關系，防止在飛行過程中無人機電機振動過大而對無人機造成更大的損害。也有很多文獻研究無人機整體振動的影響，如文獻[10]利用風洞對多旋翼無人機進行實驗，確定力和力矩以及電功率與風速、旋翼速度和飛行器姿態的函數關系。
本文基于已有的數據，通過仿真和實驗獲取小型多旋翼無人機振動模態基礎上，使用相同的方法，利用計算機輔助設計工具設計載人無人機，通過仿真和實驗數據，獲取載人無人機主要位置的振動模態數據，該數據也有對后續對無人機減振改進提供實驗數據。
展開 相較于航拍無人機，具有以下四個特點：
1、 快速航測反應能力
2、突出的時效性和性價比
3、監控區域受限制小
4、地表數據快速獲取和建模能力
首先明確無人機分為兩大類：固定翼和多旋翼
今天我們來了解下固定翼與多旋翼無人機的區別，在航測工作中如何選擇合適的無人機來進行作業。
多旋翼無人機
多旋翼無人機的優點：操作簡單，輕便，造價相對低廉，可以定點懸停
多旋翼適合航拍、環境監測、偵查、建筑建模、特殊物體運輸等小區域應用
多旋翼無人機的特點是它可以懸停，垂直升降對起飛場地要求低，但速度比較慢，續航時間段，所以在很多環境復雜，范圍不大的區域比較適合，比如：航拍，監控，偵查，建筑建模等。操作簡單，經過簡單的培訓就可以操作。
市面上像大疆，零度等消費級的無人機都是旋翼無人機。通常旋翼無人機續航時間都在20分鐘左右，載重基本就是個微單相機了。
而工業級旋翼無人機，有的最高載重在7KG，續航能達到40分鐘，相比普通消費級旋翼，也是大大提升了作業效率與適應力，在城區、礦區、災害應急等涉及區域不大的測繪有著不俗的表現。
固定翼無人機
固定翼無人機優點：續航時間長，抗風性能好，拍攝面積廣。
固定翼適合航測、區域監控、管道巡線、應急通訊等
固定翼無人機在飛行原理上與飛機類似，靠螺旋槳或者渦輪發動機產生的推力作為飛機向前飛行的動力，主要的升力來自機翼與空氣的相對運動。固定翼無人機必須要有一定的無空氣的相對速度才會有升力來飛行。
固定翼飛行器具有飛行速度快，運載能力大的特點。在有航程和高度的需求時，一般選擇固定翼無人機，比如 低空攝影測量，電力巡線，公路的監控等等。
固定翼無人機一般都是工業應用比較多，要經過系統的培訓才能操作。
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多旋翼的最新內容
應用場景：
對于多旋翼無人機復雜的旋翼結構和機身連接部分，模塊可以自動識別并生成合適的網格。在邊界處，采用脫體網格加密和合適的邊界模型（如浸沒邊界法），確保邊界條件的準確性，有效提高了網格生成的效率和質量，降低了對人工前處理的依賴。
②高效自適應加密
SAMR 技術可以使網格能夠精準地集中在需要加密的關鍵區域。
無人機整機展區將匯聚全球各類先進無人機整機產品，包括多旋翼無人機、固定翼無人機、直升機無人機、垂直起降無人機等。從小巧便攜的消費級無人機，到功能強大、性能卓越的工業級無人機，一應俱全。零部件及配件展區集中展示無人機所需的各類核心零部件及配件，如電機、電調、飛控系統、GPS模塊、電池、螺旋槳、遙控器等。
最近在調試多旋翼無人機的時候，發現電機和槳葉的搭配對飛行表現影響非常大。
同樣的機架和電池，如果換不同的槳葉尺寸或者電機 KV 值，飛行的穩定性、續航、推力都會有明顯區別。
我自己做了幾個簡單的對比：
U3 KV700 電機
在 11.1V 電壓下，12×4 和 13×4.4 的槳葉對比：13×4.4 推力更強，但耗電更快。
海克斯康的解決方案可以解決：
? 結構方案設計
? 傾旋翼、固定翼、多旋翼
? 起落裝置
? 控制機制
? 控制系統與控制策略
? 振動分析與緩解
? 性能分析
? 功率要求
? 正常飛行包絡線
? 緊急情況
6、推進＆排放
為提高eVTOL的性能和環保性，海克斯康的解決方案可以幫助你：
? 確定推進裝置的數量、大小和位置
多旋翼工況懸停
未來趨勢：技術與法規的雙重推動
2024年，中國已啟動首個《電動多旋翼無人機噪聲適航驗證技術規范》，聯合國際標準，推動行業規范化發展。而HBK等企業提供的先進測試系統（如適航噪聲測試、噪聲源識別、風洞噪聲測試、結構模態測試等），正為eVTOL的降噪減振提供技術保障。
想深入了解測試細節？
文獻[3]指出在民用無人機領域，多旋翼固定翼在航拍方面的應用是極為廣泛的，其原因之一就是起飛時幾乎不受地面情況的限制。但是多旋翼無人機存在著續航時間短，飛行速度慢等多種問題，對一些大范圍的運動及偵察有著天生的弊端。
該文件也可用于測量來自具有多個旋翼或單個旋翼UAS的聲壓。
歐洲航空安全局(EASA)指南：EASA發布了針對600公斤以下無人機的噪聲水平測量指南，這是全球首個此類指南，適用于多旋翼、固定翼、直升機和動力提升等多種無人機設計。這些指南旨在為低風險和中風險操作中的特定類別無人機提供統一的噪聲測量程序，以保護環境并防止噪聲對人類健康的顯著有害影響。
</span></p><p class="ql-align-justify"><span style="color: rgb(89, 89, 89);">打農藥的、醫療急救的、森林防災的、氣象監測的、游覽觀光的、老板的私人飛機，甚至你用來拍照的多旋翼無人機，都屬于通用航空的范疇。
旋翼無人機：旋翼無人機通過多個旋翼實現飛行，其垂直起降能力使其在短距離、高靈活性的任務中表現卓越。在物流配送領域，旋翼無人機可以在城市中實現最后一公里的快遞配送服務，將包裹快速準確地送達客戶手中，有效緩解城市交通擁堵，提高物流配送效率。
