四旋翼飛機(jī)的案例
四旋翼無人直升機(jī)論文
摘 要
四旋翼飛機(jī)由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操縱性差等缺點(diǎn)導(dǎo)致其研究進(jìn)展較為緩慢。近些年來，隨著新型材料、微機(jī)電（MEMS）、微慣導(dǎo)（MIMU）技術(shù)和飛行控制理論的發(fā)展，四旋翼無人直升機(jī)獲得了越來越多地關(guān)注。
四旋翼無人直升機(jī)在軍事和民用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，可用來環(huán)境監(jiān)視、情報(bào)搜集、高層建筑實(shí)時監(jiān)控、協(xié)助和救助、電影拍攝和氣象調(diào)查等；它還是火星探測無人飛行器的重要的研究方向之一。
本文針對小型四旋翼無人直升機(jī)，以TMS320F28335為核心，設(shè)計(jì)了四旋翼無人直升機(jī)控制器的軟硬件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了近地環(huán)境下的姿態(tài)控制。
首先，根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)對控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)、軟硬件整體進(jìn)行設(shè)計(jì)。按功能將控制系統(tǒng)劃分成機(jī)體平臺、控制器模塊、傳感器模塊、電源模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和通訊模塊六個獨(dú)立的模塊。
為了克服A/D轉(zhuǎn)換存在的偏差和高頻噪聲問題，本文設(shè)計(jì)了軟件矯正算法數(shù)字低通濾波器，減少了A/D偏差，降低了高頻噪聲。
姿態(tài)控制是飛行控制的核心問題，四旋翼無人直升機(jī)的結(jié)構(gòu)特殊性決定了其控制器設(shè)計(jì)的特殊性：四旋翼無人直升機(jī)通過四個螺旋槳實(shí)現(xiàn)對六個被控量的控制，是一個欠驅(qū)動系統(tǒng)。本文建立了四旋翼無人機(jī)的非線性動力學(xué)模型，設(shè)計(jì)了PID控制器進(jìn)行姿態(tài)控制。仿真和實(shí)際系統(tǒng)控制結(jié)果表明，該P(yáng)ID控制器可以得到較好的姿態(tài)控制效果，驗(yàn)證了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有效性。
關(guān)鍵詞：四旋翼無人直升機(jī)，控制器，捷聯(lián)慣導(dǎo)，DSP
一、緒論
1.1 引言
與固定翼飛機(jī)相比，旋翼機(jī)具有垂直起降的能力。四旋翼直升機(jī)是一種外形獨(dú)特的旋翼機(jī)，國外對四旋翼飛機(jī)有多種叫法，如four-rotor、Quardrotor、X4-Flyer、4 rotors helicopter等等。
由于結(jié)構(gòu)的對稱性，四旋翼直升機(jī)在操縱性和機(jī)械機(jī)構(gòu)方面具有很多潛在的優(yōu)勢。
展開 Fixar無人機(jī)的獨(dú)特設(shè)計(jì)有助于實(shí)現(xiàn)更好的VTOL飛行
這意味著它們不需要跑道，但它們在前行飛行中使用的動力也比四旋翼飛機(jī)少。
通常，它們有四個（或更多）水平方向的螺旋槳/電機(jī)單元，用于垂直移動，還有一個垂直方向的后螺旋槳/電機(jī)，在巡航時推動飛機(jī)前進(jìn)。不過一旦無人機(jī)真的進(jìn)入固定翼模式，四個垂直方向的螺旋槳就會被關(guān)閉，產(chǎn)生空氣動力阻力。
一種替代方案是使用電動從水平方向傾斜到垂直方向的螺旋槳，不過這增加了機(jī)械的復(fù)雜性、重量和動力使用。取而代之的是，F(xiàn)ixar的四個螺旋槳/電機(jī)安裝在一個框架上，該框架相對于無人機(jī)的其他部分向前和向后擺動。
起飛和降落的時候，那個框架與飛機(jī)的機(jī)身水平對調(diào)，讓它可以作為四翼機(jī)使用。但一旦要使用固定翼時，前部螺旋槳的扭矩就會減小，而后部螺旋槳的扭矩就會增大。這將導(dǎo)致框架被動地向前傾斜，因此它和連接的螺旋槳現(xiàn)在與無人機(jī)的其他部分保持垂直。
因此，只需要4個（而不是5個）螺旋槳，它們在任何時候都不會閑置，也不需要伺服系統(tǒng)來傾斜它們。而且由于Fixar的機(jī)翼在巡航時提供升力，所以在前行飛行時，電機(jī)不需要像四旋翼飛機(jī)上的電機(jī)那樣努力工作。在Coriolis g的Vogi無人機(jī)中也采用過類似的系統(tǒng)，不過它利用的是更復(fù)雜的連桿設(shè)置。
一位Fixar代表表示，他們公司的無人機(jī)最大飛行時間可達(dá)1小時，最高時速為72公里/小時（45英里/小時），有效載荷容量為2公斤（4.4磅），并且能夠完全自主飛行，售價為2萬美元起。
而有趣的是，這款無人機(jī)最近獲得了加拿大交通部的批準(zhǔn)，可以在該國受控和不受控空域以及靠近人的地方進(jìn)行高級作業(yè)。
展開 首次！西藏山南運(yùn)用“無人機(jī)”巡線
本文來自：電網(wǎng)頭條
原標(biāo)題：西藏山南：首次運(yùn)用“無人機(jī)”巡線 保障高原電網(wǎng)“迎峰度冬”
2020年12月14日，西藏自治區(qū)山南供電公司工作人員和安徽省電力有限公司援藏幫扶技術(shù)人員首次利用“四旋翼無人飛機(jī)”對該市乃東區(qū)220千伏山（南）拜（珍）線路進(jìn)行巡檢，確保高原電網(wǎng)“迎峰度冬”。
當(dāng)日，西藏自治區(qū)山南供電公司工作人員和安徽省電力有限公司援藏幫扶技術(shù)人員通過遙控“四旋翼無人飛機(jī)”對轄區(qū)巡檢的輸電線路進(jìn)行了實(shí)時信息采集。
據(jù)了解，通過四旋翼無人飛機(jī)對線路進(jìn)行巡檢，可實(shí)現(xiàn)高空線路影像多角度、全方位拍攝，高塔及附近可疑點(diǎn)的實(shí)貌也會被完全紀(jì)錄。地面技術(shù)人員可通過傳送回來的影像進(jìn)行分析判斷，迅速確認(rèn)線路狀況，大大提高了高原輸電線路運(yùn)維工作的效率和質(zhì)量。
為確保西藏山南市電網(wǎng)在冬季用電高峰時期安全穩(wěn)定運(yùn)行，西藏山南供電公司實(shí)行無人機(jī)和人工協(xié)同作業(yè)的轄區(qū)電網(wǎng)巡檢模式，及時發(fā)現(xiàn)并消除山南市輸電線路安全隱患，保障全市供電線路安全“迎峰度冬”。
（本文來自：電網(wǎng)頭條，由金巡獎?wù)怼１咎査l(fā)文章僅為學(xué)習(xí)交流之用，無商業(yè)用途，向原作者致敬。因某些文章轉(zhuǎn)載多次無法找到原作者在此致歉，若有侵權(quán)請告知，我們將及時刪除，本文僅供學(xué)習(xí)交流、我們注重分享，勿作商用，版權(quán)歸原作者。）
展開 私人飛機(jī)高手介紹：旋翼機(jī)的空氣動力學(xué)
相反的，一架不穩(wěn)定的飛機(jī)需要飛行員持續(xù)不斷的保持注意力以維持飛機(jī)的控制。
有很多因素影響自旋翼機(jī)的穩(wěn)定性。其中一個是水平安定面的位置。另一個是機(jī)身阻力與重心的關(guān)系。第三個是繞俯仰軸的慣性距，第四個是螺旋槳推力線與重心的垂直位置的關(guān)系。
然而最重要的因素是旋翼力的作用線和重心水平位置的關(guān)系。
[水平安定面]
水平安定面有助于增加縱向的穩(wěn)定性，離開重心越遠(yuǎn)越是有效。因?yàn)樯φ扔谒俣鹊钠椒剑燥w行速度越高水平安定面也就越有效，由于自旋翼機(jī)的速度不是很高，制造者可以通過改變水平安定面的大小，調(diào)整到重心的距離，或者放置在螺旋槳滑流(slipstream)中來獲得期望的穩(wěn)定性。
[機(jī)身阻力 (壓力中心)]
如果機(jī)身阻力或者壓力中心位于重心的后面，自旋翼機(jī)被認(rèn)為是更穩(wěn)定的設(shè)計(jì)。對于繞垂直軸的偏航運(yùn)動尤其是這樣。為了達(dá)到這個條件就必須有足夠大的垂直尾翼面。另外，自旋翼機(jī)需要一個平衡的縱軸壓力重心以獲得足夠的周期運(yùn)動（cyclicmovement）防止機(jī)頭壓低或者抬升, 當(dāng)速度增加時前面的區(qū)域聚集了很多的壓力。
[俯仰慣量]
不用改變整體重量和重心位置，把重量配置得離重心越遠(yuǎn)，自旋翼機(jī)就越穩(wěn)定。例如，將飛行員的座位從重心向前移，將發(fā)動機(jī)從重心向后移，保持重心不變的情況下，自旋翼機(jī)會變得更加穩(wěn)定。這和走鋼絲者(tightrope walker)用一根長棍來增加自身的平衡是相同的原理。
[螺旋槳推力線]
僅針對螺旋槳推力線本身而言，如果高于重心，當(dāng)增加推力的時候，自旋翼機(jī)會有頭部向下的趨勢，而推力減小是會有抬頭的趨勢。螺旋槳推力線低于重心時，相反的情況會發(fā)生。如果推力線恰好通過重心或者在附近通過時，自旋翼機(jī)就不會有頭部
俯仰的動作發(fā)生。如圖16-9所示。
圖 16-9.螺旋槳推力線高于重心的自旋翼機(jī)通常稱為低姿(LowProfile)自旋翼機(jī)。
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一種新的四旋翼模擬器：Flightmare
動態(tài)建模：
Fligtmare為三個四旋翼動力學(xué)提供了一個靈活的接口：一個基于Gazebo的四旋翼動力學(xué)，真實(shí)的動力學(xué)，和一個經(jīng)典的四旋翼動力學(xué)的并行實(shí)現(xiàn)。四旋翼被建模為一個由四個電機(jī)驅(qū)動的剛體。我們使用四旋翼動力學(xué)，已用于設(shè)計(jì)控制算法的真實(shí)四旋翼實(shí)驗(yàn)：
其中PWB是位置，VWB是四旋翼在W中的線速度,D = diag(dx, dy, dz)是一個常數(shù)對角線矩陣，它定義了轉(zhuǎn)子-阻力系數(shù)，這是一個在四旋翼的速度上的線性效應(yīng)。使用一個單位四元數(shù)qWB來表示四旋翼的方向和使用ωWB表示身體框架B中的身體速率，g = [0, 0, ?gz]T，gz = 9.81 m s?2是重力矢量，和Λ(ωB)是一個斜對稱矩陣。此外，c = [0, 0, c] 是質(zhì)量歸一化的推力向量。單轉(zhuǎn)子推力的轉(zhuǎn)換[f1, f2, f3, f4]到質(zhì)量歸一化推力c和身體力矩表示為 η。
其中m是四旋翼的質(zhì)量，l是臂長。我們將單個轉(zhuǎn)子推力的動力學(xué)建模為一階系統(tǒng)f˙ = (fdes ? f)/α，其中α為時滯常數(shù)。實(shí)現(xiàn)了歐拉和四階龍格-庫塔方法來積分動力學(xué)方程。
模擬速度：
使用一臺12核英特爾(R)核心(TM)i7-8850HCPU高達(dá)2.60GHz的筆記本電腦的模擬速度，評價結(jié)果如下圖所示。
點(diǎn)云計(jì)算和路徑規(guī)劃：
現(xiàn)有的模擬器并不能提供一個有效的API來訪問環(huán)境的3D信息，然而，大量的算法都需要這些信息。
展開 噴氣四軸飛行器AB6 JetQuad，最高速可達(dá)402km/h
AB6 JetQuad由位于德克薩斯州的航空航天公司FusionFlight制造，被認(rèn)為是一個擁有四個微型渦輪噴氣發(fā)動機(jī)而不是旋翼的四旋翼飛機(jī)。
跟AB5相比，發(fā)動機(jī)得到了改進(jìn)，燃料和電氣系統(tǒng)、框架（現(xiàn)在可以保護(hù)發(fā)動機(jī)）和推力矢量系統(tǒng)也得到了改進(jìn)--后者允許發(fā)動機(jī)噴嘴獨(dú)立地向前和向后傾斜，這能讓飛機(jī)進(jìn)行垂直起飛和降落、在原地懸停并過渡到向前飛行。
FusionFlight CEO兼創(chuàng)始人Alex Taits告訴媒體，根據(jù)計(jì)算機(jī)模擬，該無人機(jī)應(yīng)該能以高達(dá)250mph（402km/h）的速度飛行--這是在其現(xiàn)有的實(shí)用但笨拙的框架下。添加一個空氣動力學(xué)套件，理論上可以將這一數(shù)字一直提高到400mph（644Km/h）。
AB6的20升油箱據(jù)稱可用于25分鐘的盤旋或15分鐘的極速飛行，如果攜帶最大18公斤的有效載荷的話--這些性能數(shù)字在較輕的載荷下會有所增加。貨物可以安裝在起落架上，或（如果它足夠小）放置在無人機(jī)內(nèi)的一個隔間里。新機(jī)載發(fā)電機(jī)則可用于為攝像頭或傳感器等設(shè)備供電。
飛機(jī)本身重24公斤--燃料增加了20公斤--尺寸為長1205毫米、寬931毫米、高402毫米。它使用柴油、煤油或噴氣式A型燃料，其四個發(fā)動機(jī)可提供700牛頓的綜合推力。用戶可以為自主飛行設(shè)定航點(diǎn)或?qū)崟r遠(yuǎn)程控制無人機(jī)，最大續(xù)航里程為50公里。也就是說，如果增加一個SATCOM接收器，AB6可以從世界上幾乎任何地方進(jìn)行衛(wèi)星控制。
該無人機(jī)的一些可能的用途包括緊急醫(yī)療用品運(yùn)送和遠(yuǎn)程監(jiān)控。由于它沒有任何可能結(jié)冰的外部氣膜，所以它應(yīng)該比旋翼或固定翼無人機(jī)能更好地處理惡劣的天氣。此外，它的噴氣發(fā)動機(jī)使它能夠達(dá)到11千米的高度。
展開 四旋翼無人飛行器仿真分析
四旋翼無人飛行器仿真分析
旋翼無人飛行器具有垂直起降／著陸、可懸停、機(jī)動性好及結(jié)構(gòu)簡單等多種優(yōu)點(diǎn)，無論是在軍事領(lǐng)域還是民用領(lǐng)域，都有非常廣泛的應(yīng)用價值。
作為垂直／短距起降飛行器，多旋翼無人飛行器不受起降場地的限制，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，一直是各國軍方關(guān)注的焦點(diǎn)。多旋翼無人飛行器與常規(guī)的飛行器相比，具有垂直起降、著陸、懸停、縱飛和側(cè)飛等飛行特性。隨著近年來微電子、微機(jī)械、計(jì)算機(jī)技術(shù)及電池等技術(shù)的飛速發(fā)展，小型四旋翼無人機(jī)的體積、重量、靈活性和機(jī)動性等多個方面有了長足的進(jìn)步。根據(jù)動力配置形式的不同，旋翼無人飛行器一般有四旋翼、六旋翼和八旋翼等。根據(jù)飛行器的飛行方式，一般分為自由型及系留型。目前的產(chǎn)品主要集中在自由型多旋翼，其載重量較小，主要面向航模愛好者，應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)楹脚?，單塊電池僅能支持飛行器滯空１５ｍｉｎ左右。而系留型多旋翼飛行器具有覆蓋面積大、留空時間長、機(jī)動性能強(qiáng)及效能費(fèi)用比高等顯著的特點(diǎn)，無論是在軍事領(lǐng)域還是民用領(lǐng)域，都有非常廣泛的應(yīng)用價值。四旋翼無人飛行器在結(jié)構(gòu)上更為簡潔：四只旋翼相互抵消扭矩，不需要專門的反扭矩槳；具有更簡潔的控制方式，僅通過改變四只旋翼的轉(zhuǎn)速即可實(shí)現(xiàn)各種姿態(tài)控制。因此，系留型四旋翼無人飛行器備受國內(nèi)外很多專家和學(xué)者的關(guān)注和研究。
本文以系留型四旋翼無人飛行器為研究對象，采用通用大型有限元分析軟件Ａｂａｑｕｓ建立了對應(yīng)的力學(xué)仿真模型。應(yīng)用該仿真模型對該旋翼無人飛行器在旋翼升力、風(fēng)載荷及降落沖擊等工況下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度響應(yīng)進(jìn)行了仿真分析，得到了對應(yīng)的安全裕度數(shù)據(jù)，為該無人機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。
系留型四旋翼飛行器系統(tǒng)是一種有４個螺旋槳且螺旋槳呈十字交叉形式的飛行器，如圖１所示。整個飛行平臺結(jié)構(gòu)包含中心架（設(shè)備艙）、支撐臂、起落架及其他系統(tǒng)的受力結(jié)構(gòu)等。
展開 一臺高度靈活的四旋翼無人機(jī)
蘇黎世大學(xué)一個研究小組開發(fā)了一種高度靈活的四旋翼無人機(jī)，能夠避開障礙物并進(jìn)行軌跡跟蹤。
新設(shè)計(jì)包括添加機(jī)載視覺傳感器、飛行控制監(jiān)控系統(tǒng)和一系列其他組件，旨在提高無人機(jī)實(shí)時接收和處理飛行信息的能力。
他們還添加了一個高級AI模塊NVIDIA Jetson TX2，該模塊能夠快速執(zhí)行支持無人機(jī)硬件的復(fù)雜任務(wù)，以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)靈活的飛行。
研究人員在廣泛的飛行范圍內(nèi)測試了他們的無人機(jī)，從緩慢和穩(wěn)定，到全速到避開障礙物。他們發(fā)現(xiàn)他們的無人機(jī)能夠在 50 至 70 公里/小時的速度范圍內(nèi)保持敏捷性。他們還發(fā)現(xiàn)它可以進(jìn)行運(yùn)動捕捉軌跡跟蹤，即無人機(jī)不斷觀察其在空中的位置，并添加時間實(shí)例，以顯示其所在的位置和時間。他們還測試了其在虛擬現(xiàn)實(shí)模擬中的應(yīng)用。他們還注意到，該系統(tǒng)能夠邊走邊學(xué)，正因?yàn)槿绱?，其性能隨著時間的推移敏捷度會進(jìn)一步提高。
結(jié)果顯示，該無人機(jī)在靈活性、障礙跟蹤和回避方面都優(yōu)于其他系統(tǒng)。
研究人員認(rèn)為，它的性能將其提高到可以用于對時間敏感的現(xiàn)實(shí)世界任務(wù)的程度，如搜索和救援行動，或許還可以用于運(yùn)送貨物。該團(tuán)隊(duì)還實(shí)現(xiàn)了軟件和硬件的開源。
展開 四旋翼微型飛行器設(shè)計(jì)
四旋翼微型飛行器設(shè)計(jì).pdf
ABAQUS四旋翼無人飛行器仿真分析
旋翼無人飛行器具有垂直起降／著陸、可懸停、機(jī)動性好及結(jié)構(gòu)簡單等多種優(yōu)點(diǎn)，無論是在軍事領(lǐng)域還是民用領(lǐng)域，都有非常廣泛的應(yīng)用價值。
作為垂直／短距起降飛行器，多旋翼無人飛行器不受起降場地的限制，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，一直是各國軍方關(guān)注的焦點(diǎn)。多旋翼無人飛行器與常規(guī)的飛行器相比，具有垂直起降、著陸、懸停、縱飛和側(cè)飛等飛行特性。隨著近年來微電子、微機(jī)械、計(jì)算機(jī)技術(shù)及電池等技術(shù)的飛速發(fā)展，小型四旋翼無人機(jī)的體積、重量、靈活性和機(jī)動性等多個方面有了長足的進(jìn)步。根據(jù)動力配置形式的不同，旋翼無人飛行器一般有四旋翼、六旋翼和八旋翼等。根據(jù)飛行器的飛行方式，一般分為自由型及系留型。目前的產(chǎn)品主要集中在自由型多旋翼，其載重量較小，主要面向航模愛好者，應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)楹脚?，單塊電池僅能支持飛行器滯空１５ｍｉｎ左右。而系留型多旋翼飛行器具有覆蓋面積大、留空時間長、機(jī)動性能強(qiáng)及效能費(fèi)用比高等顯著的特點(diǎn)，無論是在軍事領(lǐng)域還是民用領(lǐng)域，都有非常廣泛的應(yīng)用價值。四旋翼無人飛行器在結(jié)構(gòu)上更為簡潔：四只旋翼相互抵消扭矩，不需要專門的反扭矩槳；具有更簡潔的控制方式，僅通過改變四只旋翼的轉(zhuǎn)速即可實(shí)現(xiàn)各種姿態(tài)控制。因此，系留型四旋翼無人飛行器備受國內(nèi)外很多專家和學(xué)者的關(guān)注和研究。
本文以系留型四旋翼無人飛行器為研究對象，采用通用大型有限元分析軟件ABAQUS建立了對應(yīng)的力學(xué)仿真模型。應(yīng)用該仿真模型對該旋翼無人飛行器在旋翼升力、風(fēng)載荷及降落沖擊等工況下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度響應(yīng)進(jìn)行了仿真分析，得到了對應(yīng)的安全裕度數(shù)據(jù)，為該無人機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。
系留型四旋翼飛行器系統(tǒng)是一種有４個螺旋槳且螺旋槳呈十字交叉形式的飛行器，如圖１所示。整個飛行平臺結(jié)構(gòu)包含中心架（設(shè)備艙）、支撐臂、起落架及其他系統(tǒng)的受力結(jié)構(gòu)等。
圖１ 系留型四旋翼無人飛行器結(jié)構(gòu)示意圖
在Ａｂａｑｕｓ軟件中建立的有限元模型如圖２所示。
展開 通過 CFD 仿真延長四旋翼無人機(jī)的飛行時間和范圍
2023 年 3 月 1 日? 5 分鐘閱讀
空中無人機(jī)主要有兩大類：能夠垂直起降 (VTOL) 的旋翼機(jī)和固定翼飛行器。與固定翼系統(tǒng)相比，旋翼無人機(jī)具有重要優(yōu)勢，因?yàn)樗鼈兛梢詰彝＃ū３趾愣ǜ叨龋┎⑶彝ǔ８子诳刂坪筒僮?。然而，?em>旋翼也有先天的缺點(diǎn)，最重要的是飛行時間和航程有限。即使是現(xiàn)代和創(chuàng)新的電動無人機(jī)也有大約 20-30 分鐘的有限飛行時間，具體取決于飛行條件。高端艙中很少有人能達(dá)到接近一小時的飛行時間。
計(jì)算流體動力學(xué)（CFD）的應(yīng)用可以幫助顯著提高無人機(jī)的效率并延長其飛行時間和航程。在本文中，我們將通過一個示例演示如何：工業(yè)無人機(jī)在懸停模式下的空氣動力學(xué)仿真和優(yōu)化，這是此類無人機(jī)中能量最密集的模式。
四軸飛行器幾何
我們選擇了當(dāng)今使用最廣泛的旋翼無人機(jī)配置之一：四軸飛行器。私人消費(fèi)領(lǐng)域的無人機(jī)制造商（業(yè)余視頻拍攝、賽車無人機(jī)、兒童無人機(jī)等）主要依賴此類配置。
無人機(jī) CAD 文件由西英格蘭大學(xué)的 Monasor 先生和 Weerasinghe 博士提供。
考慮到所需的推力，螺旋槳葉片使用 Fidelity 的參數(shù)化建模器進(jìn)行建模。從原始幾何體中提取多個部分并堆疊在一起以構(gòu)建 3D 葉片。提供了適當(dāng)?shù)呐で植家源_保參數(shù)化刀片盡可能接近原始幾何形狀。
該設(shè)置受益于這種無人機(jī)幾何結(jié)構(gòu)的對稱性：只有四分之一的無人機(jī)需要包含在計(jì)算域中，因此只有一只手臂。
所選的域定義代表了一個實(shí)際案例，對應(yīng)于懸停高度足以忽略任何地面效應(yīng)的“自由空氣”模擬。
結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分相結(jié)合
由于無人機(jī)領(lǐng)域的復(fù)雜性，使用Fidelity Automesh生成了一個非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，它會自動細(xì)化高曲率區(qū)域和邊緣附近的網(wǎng)格，從而最大限度地減少用戶交互和工程時間。這會產(chǎn)生足夠穩(wěn)健的高質(zhì)量網(wǎng)格以用于優(yōu)化。
展開 
四旋翼無人機(jī)單翼受壓分析
案例題目：四旋翼無人機(jī)單翼受壓分析
案例簡介：
本案例中選取了一種四旋翼的無人機(jī)模型作為研究對象，省略了其中的電路，馬達(dá)等零部件，模擬其主體結(jié)構(gòu)在地面上單翼受壓時的受力及變形情況。
計(jì)算結(jié)果如下圖所示，具體細(xì)節(jié)參見附件。
變形過程
等效應(yīng)力分布
使用評價：
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展開 飛行器中的“精靈”——CA-X4810四旋翼飛行器
近年來，四旋翼飛行器可謂是航空領(lǐng)域的寵兒。無論是“小巧會飛的照相機(jī)”，還是飛行器大賽的種子選手，亦或是電力巡檢、快遞投送、救援搶險的小能手，甚至是披掛上陣，執(zhí)行軍用任務(wù)的空中間諜，你都能看到四旋翼飛行器的身影。
從1970年，法國人發(fā)明的世界第一架有人駕駛的四旋翼飛行器升上天空，到近年來逐漸成為主流的微小型多旋翼無人機(jī)飛行器，四旋飛行器的發(fā)展并不能說是一帆風(fēng)順。但隨著新材料、微機(jī)電、飛機(jī)控制等技術(shù)的不斷發(fā)展，多旋翼飛行器在實(shí)現(xiàn)微小轉(zhuǎn)化后，已經(jīng)擁有了廣闊的民用和商用前景。
目前，棲云通航公司已上市了CA-X4810四旋翼飛行器。CA-X4810是一款超長續(xù)航，融合多功能的四旋翼飛行器。機(jī)身使用超輕碳纖維材料與航空鋁合金，相較于傳統(tǒng)金屬材料，結(jié)構(gòu)性增強(qiáng)的同時，質(zhì)量可以減輕25%。超輕機(jī)身巨能飛！
CA-X4810四旋翼飛行器使用了自主研發(fā)的超高密度鋰電池，比常用的鋰聚合物電池提高了50%的續(xù)航性能，在-40℃的環(huán)境下，容量保留率仍能達(dá)到70%。高密度電池實(shí)現(xiàn)超長續(xù)航！
CA-X4810四旋翼飛行器還使用了自主研發(fā)的高效率超輕無刷電機(jī)，電能轉(zhuǎn)化效率高達(dá)81.9%，最大速度可達(dá)到70KM/h，最大爬上速度可達(dá)5m/s,懸停時長最高可達(dá)100分鐘。輕量化動力系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)超高的巡航里程！
展開 CFD專欄丨四旋翼無人機(jī)空氣動力學(xué)仿真
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四旋翼無人機(jī)的飛行原理
直升機(jī)有尾旋翼的設(shè)計(jì)是為了抵消主旋翼旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩，如果沒有尾旋翼直升機(jī)的機(jī)體會向著主旋翼旋轉(zhuǎn)方向相反的方向自旋。而四旋翼無人機(jī)采用十字型對稱分布，四個旋翼互相抵消回旋影響，當(dāng)平衡飛行時，陀螺效應(yīng)和空氣動力扭矩效應(yīng)均被抵消。如果想轉(zhuǎn)向的話，只要打破這個平衡就可以了。
按照圖中的旋轉(zhuǎn)方向，增加 1、4 的轉(zhuǎn)速減少 2、3 的轉(zhuǎn)速可以產(chǎn)生逆時針轉(zhuǎn)動；反之，減少 1、4 的轉(zhuǎn)速 增加 2、3 的轉(zhuǎn)速可以在順時針轉(zhuǎn)動。如果想讓無人機(jī)左平移，那么它就得降低左側(cè)3、4兩個槳葉的轉(zhuǎn)速，提高右側(cè)1、2兩個槳葉的轉(zhuǎn)速，這樣無人機(jī)就會向左傾斜，根據(jù)力的分解，升力在水平方向的分力就會使無人機(jī)向左平移。
同理，當(dāng)右側(cè)低于左側(cè)時，向右平移。當(dāng)前面轉(zhuǎn)速低于后面時，向前平移，當(dāng)后面轉(zhuǎn)速低于前面時，向后平移。
展開 基于3d打印結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化的四旋翼無人機(jī)
基于3D打印結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化的四旋翼無人機(jī)
摘要
四旋翼無人機(jī)因具備垂直起降，自由懸停，體積小，用途多樣且成本低等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用。目前制約四旋翼無人機(jī)進(jìn)一步發(fā)展的重要因素之一就是其續(xù)航時間較短，載重小。現(xiàn)階段工業(yè)制造中普遍通過提升動力的方法來延長續(xù)航時間，而對于機(jī)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方面的研究較少。本文將結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)和3D打印技術(shù)結(jié)合在一起，對四旋翼的機(jī)架部分進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，實(shí)現(xiàn)了四旋翼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化減重設(shè)計(jì)，并采用數(shù)值分析的方法，對優(yōu)化結(jié)構(gòu)進(jìn)行了強(qiáng)度、穩(wěn)定性分析和固有模態(tài)分析。并通過增材技術(shù)完成優(yōu)化后機(jī)架的制作，對實(shí)物進(jìn)行了測試試驗(yàn)驗(yàn)證了其可行性。該研究為四旋翼的輕量化設(shè)計(jì)及延長續(xù)航時間提供了一種新的思路。
關(guān)鍵詞：四旋翼無人機(jī)，拓?fù)鋬?yōu)化，增材技術(shù)
目錄
摘要 1
一、緒論
（一）選題背景及研究意義
（二）國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
（三）本文研究內(nèi)容及目的
二、無人機(jī)總體設(shè)計(jì)及初始模型建立
（一）機(jī)架材質(zhì)及構(gòu)型選擇
1、機(jī)架材質(zhì)選擇
2、初始構(gòu)型確定
（二）動力及飛控系統(tǒng)選擇
1、動力系統(tǒng)
2、飛控系統(tǒng)
（三）仿真分析
1、四旋翼結(jié)構(gòu)優(yōu)化工況分析
2、模型仿真分析
三、結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化及仿真分析
（一）結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化及優(yōu)化模型確定
1、模型1拓?fù)鋬?yōu)化分析
2、模型2拓?fù)鋬?yōu)化分析
（二）優(yōu)化結(jié)構(gòu)重構(gòu)
（三）拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)構(gòu)靜力學(xué)及動力學(xué)分析
四、應(yīng)用前景分析
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
一、緒論
（一）選題背景及研究意義
近年來，隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，特別是多旋翼無人機(jī)，在面向中小型飛行應(yīng)用領(lǐng)域，多旋翼無人機(jī)相比固定翼和直升機(jī)具有很多優(yōu)勢，如尺寸小、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本低、對復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)等。
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