旋翼機
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
旋翼機的視頻教程
SimSolid使用體驗分享-四旋翼無人機的結構仿真分析
SimSolid試用體驗分享-四旋翼無人機的結構仿真分析 適用人群：結構設計工程師、CAE工程師 SimSolid試用體驗分享-四旋翼無人機的結構仿真分析（免費）【已結束】 直播時間：2020-08-27 19:30 Altair SimSolid是專為設計工程師開發的結構分析軟件且極具創新性。
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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+FM+Fluent的bellbat傾轉旋翼機旋翼傾轉過程氣動仿真
采用了貝爾的傾轉旋翼戰斗機概念模型，進行傾轉旋翼的氣動仿真。 傾轉旋翼飛行器旋翼轉速600RPM，主旋翼從水平狀態往垂直狀態進行傾轉，傾轉速度15rpm，計算旋翼傾轉過程的瞬態過程。可以獲取傾轉過程中的旋翼拉力，下洗速度、機身壓力分布等各種數據。
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旋翼機的實例教程
直升機和旋翼機都是通過旋翼來產生升力的，因此解釋升力產生的許多基本空氣動力學原理對兩種飛行器而言是相同的。
這些基本原理在《第2 章：一般的空氣動力學》里有詳細的解釋，這些原理也同樣構成了旋翼機空氣動力學討論的基礎。
[自旋]
直升機和旋翼機之間一個根本的不同在于：在依靠動力維持飛行的過程中，旋翼機旋翼系統工作在自旋狀態下。這意味著旋翼依靠向上流過翼面的氣流維持自身的自由旋轉，而不是通過發動機的動力旋轉翼面，從上方吸收氣流。
[圖16-1]在自旋過程
中產生的力一方面維持旋翼的旋轉，另一方面產生將飛行器維持在空中的升力。從空氣動力學的角度而言，在正常飛行時旋翼機旋翼系統的運轉和直升機的旋翼系統在發動機失效時，向前自旋下降時的運轉方式一樣。
圖 16-1. 在旋翼機上氣流通過旋翼系統的方向和動力飛行狀態下的直升機相反。這些氣流是把動力從旋翼機發動機傳送到旋翼系統并保持旋翼自轉的媒介。
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[垂直自旋]
在垂直自旋過程中，旋翼槳片遇到的相對風由兩個基本的組成部分。如圖16-2所示，一個是向上的通過旋翼系統的空氣流，在一個給定的飛行條件下該氣流保持相對不變。另一個分量是槳葉旋轉造成的周向氣流（旋轉方向的相對氣流，譯者注）。這個分量的大小和離開旋翼葉轂的距離關系很大。
舉例來說，考慮一個轉速300轉/分鐘(r.p.m)的直徑25 英尺的槳盤，在離開旋翼葉轂1英尺的位置上的一點，槳葉沿著一個周長6.3英尺的圓運動，這時的線速度大約為31.4英尺/秒(f.p.s) 或者21英里/小時(m.p.h)。
展開 傾轉旋翼機可在直升機模式、固定翼飛機模式和兩者之間過渡模式飛行，集直升機和固定翼飛機飛行特點與一身。相比傳統直升機，傾轉旋翼機的飛行速度大幅提高，飛行包線更大，應用范圍更加廣闊；與固定翼飛機相比，傾轉旋翼機大大降低了對場地的要求，提高了空間靈活性。然而，傾轉旋翼機特殊的結構設計使其兼具了類似于直升機“地面共振”“空中共振”以及固定翼飛機回轉顫振的動力學不穩定問題，其中回轉顫振是傾轉旋翼機設計不容忽視的自激不穩定性問題。研究表明傾轉旋翼機的機翼剛度是影響回轉顫振穩定性的重要因素之一，其中扭轉剛度對回轉顫振穩定性的影響較大，弦向及垂向彎曲剛度的影響較小，適當提高機翼扭轉剛度能夠有效提升回轉顫振邊界速度。但是，復合材料機翼力學性能相比金屬材料更為復雜。國內外諸多學者針對傾轉旋翼機復合材料機翼開展研究探索。Rais-Rohani M.等研究了復合材料的方向剛度特性對傾轉旋翼機機翼剛度的影響，分析了動力等約束條件下最小重量機翼結構設計方法。Popelka等人通過機翼氣彈剪裁設計研究了機翼厚度對對V-22傾轉旋翼回轉顫振的影響，機翼最大厚度變化對回轉顫振速度邊界提升明顯。Sprangers,C.A等進行V-22傾轉旋翼機機翼仿真（如圖1）分析，并通過振動試驗研究對仿真結果進行了驗證，提高了全尺寸機翼研制設計把握。諸多研究證明了復合材料機翼結構設計在傾轉旋翼機研制中具有重要的工程意義。
基于有限元方法分析了傾轉旋翼機復合材料機翼動特性，通過文獻測試結果驗證了有限元分析結果的準確性和建立的機翼模型可信度。然后進行了復合材料機翼的構型設計分析，研究了蒙皮厚度和復合材料蒙皮鋪層角度對機翼動特性尤其是扭轉剛度的影響，為進一步提高傾轉旋翼機回轉顫振穩定性邊界提供方向。
展開 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 如圖1.1所示，旋翼1、3順時針旋轉，旋翼2、4逆時針旋轉，旋翼的扭矩會自動平衡。而傳統直升機必須加一個尾翼用來平衡旋翼扭矩，這個尾翼對向上的推力無幫助作用，浪費了能量。另外，由于四旋翼機的旋翼更小，轉速更高，因而其效率更高；小旋翼也可以減少旋翼碰撞周圍建筑物的概率，飛行更加安全。
圖1.1 四旋翼直升機飛行原理示意圖
1.2 四旋翼直升機工作原理
四旋翼直升機有4個控制輸入量，分別為四個旋翼的轉速；6個輸出量，
分別為飛機位置量（x、y、z）和姿態角(俯仰角?、橫滾角?、航向角?)。四旋翼直升機通過調節對角線上旋翼的轉速來改變姿態：圖1.1中，1、3旋翼的推力不同會改變四旋翼直升機的俯仰角，同時在機體X方向產生一個加速度。由于對稱性，在機體Y方向也會產生相似的作用。四旋翼直升機改變對角旋翼的轉速大小，同時往相反方向改變另外一對旋翼的轉速的大小，兩對旋翼間扭矩便不再平衡，從而航向角改變。
二、總體設計
2.1 設計目標
目前，國內外有很多四旋翼無人直升機模型的生產廠家，從購買渠道和方便維護考慮，選用的機體平臺是國產的華科爾UFO4型遙控四旋翼直升機（圖2.1）。直升機的主要參數見表
2.1
圖2.1 華科爾UFO4四旋翼無人直升機
表2.1 華科爾UFO4四旋翼無人直升機主要參數
機體參數
旋翼半徑
機體長/寬
驅動系統（電
機）
接收器 參數大小 198mm 470mm 1225 FE 4-in-1 機體參數 遙控器 陀螺儀 重量（含電池） 電池 參數大小 WK-0701 3D 225g 11.1V-Li
本文的主要內容是設計小型四旋翼飛行器的控制系統，實現小型四旋翼無人直升機在近地環境下的姿態控制。
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 
旋翼機的最新內容
無人機四旋翼側網格生成效果圖
2. LBM求解器對旋翼機體的數值仿真
目標：
實現不同工況下旋翼的高保真數值模擬，以提升無人機整體的飛行效率、機動性、穩定性和安全性。
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。
直升機旋翼系統11個月前
這是一個高細節的直升機旋翼組件 SolidWorks 模型，包含 4 個主槳葉、斜盤機構、俯仰控制連桿和執行器。該設計展示了機械運動如何通過斜盤從執行器傳遞到旋翼槳葉，從而控制俯仰、滾轉和升力。
該案例以NACA0012和SFS2標準模型展開相關計算，因為艦船模型為100：1縮比模型，僅考慮航速為2m/s，直升機旋翼轉速為251.2rad/s，降落速度為2m/s的仿真工況。大部分設置與Fluent 護衛艦直升機懸停性能仿真（一）一致，若已經了解上個案例的讀者可以直接查看4.3中的設置。
1/72米-2直升機主旋翼
main-rotor-for-mi-2-1.snapshot.4.zip
該案例以NACA0012和SFS2標準模型展開相關計算，因為艦船模型為100：1縮比模型，僅考慮航速為2m/s，直升機旋翼轉速為251.2rad/s的仿真工況。
旋翼拉力系數對標-隨葉片攻角變化
旋翼拉力系數對標-隨扭矩系數變化
A.傾轉旋翼機仿真
鉸接式旋翼與周期配平仿真。
</p><p><br></p><p><strong>四旋翼無人機的運動控制</strong></p><p><br></p><p>關于飛行器軌跡和姿態的控制，這里展示了一個簡單的例子，用四旋翼無人機的運動控制來解釋仿真中控制系統實現的過程，這個例子就是給定無人機目標飛行曲線，使用Altair MotionSolve多體動力學模塊和Altair Activate系統控制模塊進行機電一體化仿真來實現這個過程
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？
