旋翼无人机动力系统选型及测试方案研究

旋翼无人机动力系统选型及测试方案研究

发表时间：2018-11-02T21:41:10.733Z 来源：《电力设备》2018年第17期作者：沈滨薛骅淳孙嫱

[导读] 摘要：近年来，科学技术日新月异，旋翼无人机在研发过程中获得了不小成就，备受社会各界广泛关注和运用。

（国网漳州供电公司福建漳州 363000）

摘要：近年来，科学技术日新月异，旋翼无人机在研发过程中获得了不小成就，备受社会各界广泛关注和运用。本文将主要围绕其动力体系构成和搭配准则展开分析，并探究螺旋桨选型测验方案和结果。

关键字：旋翼无人机；动力系统；测试方案

引言

因为旋翼无人机动力体系，其中螺旋桨与无刷电机的指数直接决定着样机承重、航时等关键指标的明确，所以在样机制定开始前要展开选型检测，搭配良好的旋翼无人机动力组合。从实际获得的数据可知，相同生产厂家类似规格螺旋桨所造成的航时偏差可高达14%，这足以说明此检测进程的重要性。

一、旋翼无人机动力体系构成和搭配准则

对于电网无人机动力体系来讲，其主要包括4个部分，分别是螺旋桨，电子调速器、电池、电机。而电子调速器标准电压要大于电池电压，电调标准电流要小于电池最高电流，电机最高电压要大于电池实际电压，电机最高电压要大于电调最大电压。

（一）关于电池

小微型无人机一般将化学电池当做驱动电源。一般涵盖Ni-MH（镍氢电池）、Li-Poly（锂聚合物）、锂离子动力电源以及NiOH-MnO2（镍锰电池）等等。其中NiOH-MnO2与Ni-MH这两种电池因为能量密度较少，现阶段几乎被Li-Poly电池所顶替。其中锂电池的基础构成单位是s，此电池的一个单位常规电压为3.7v。这一机型采用格氏ace，Li-Poly电池，实际电压是22.3v（6s），容量是15000mAH，有着15c 的放电倍率[1]。

（二）关于电机

动力电机一般划分成两种：一种是无刷电动机，另一种是有刷电动机。其中后者速率非常低，在无人机业内中早已被舍弃。前者电机构造简易，重量轻、应用便捷，能让无人机的噪音与红外特点减少，并且还可供应和内燃机相仿的比功率。此电机利用的是电子变向，其是输出速率与功率较大，噪音却较少，生命周期较长且没有其余显著弊端。结合最高功率、最高电流、重量等方面考虑，这一机型采用无刷电机w6050，最高电流是48A，符合锂电7-11s要求。

（三）关于电子调速器

其又叫做电调，能调解电机转速，完成对无人机承载转变的自主协调。无刷电调输进端有两条线，连接正负极电源，输出端有三条线和电机衔接，具体是依赖三条线连续转变磁场来启动转子转动。这一机型运用Xrotroprohv80A电子调速器，准许连续电流80A，瞬时电流每10s，110A。

（四）关于螺旋桨

对于螺旋桨而言，其主要有两种类型，一种是变距螺旋桨，一种是定距螺旋桨。其中后者无法转变桨距，通常运用在小型、轻型无人机内。大中型无人机可依据实际状况装置前者，提一次提升可操控性。依据电机kv数值的差异，所搭配的螺旋桨规格也有所不同。采购电机过程中，一般生产厂家均会表明所搭配螺旋桨的尺寸。若是其规模过小，便无法产生商家承诺的最大化推力。螺旋桨规模过大，便易于导致电机升温，发生退磁状况，为电机带来无法弥补的损伤。

二、无刷电机的构造和原理

（一）构造

无刷电机在构造上与有刷电机有着一些共同点，比如都有转子与定子，然而和有刷单机的区别在于，构造和其完全不同。有刷电机的转子为线圈绕组，定子属于永磁磁钢，且和动力输出轴相衔接，但无刷电机将二者对换，并且联合外部共同与输出轴衔接，实质则是清除了所用在有刷电机顶替互换电磁场的变向电刷，所以叫做无刷电机[2]。

（二）原理

换句话来讲，无刷电机主要依赖改变输进到无刷电机定子线圈中的电流波形变化频率与运作规律，在绕组线圈的附近打造一个围绕电机几何核心转动的磁场，在此磁场的影响下，动力转子中的永磁磁钢开始运动。而定子是利用硅钢片构成的，任一冲槽中均是由相应的线圈所构成，永磁钢是转子。在相关人员为无刷电机内的定子送电时，霍尔传感器便会得知定子的地点，之后任何一次变向时，都会出现三个有差别的绕组，首组是正向送电，次组与之相反，最后一组则不对其送电，这样便出现了转矩。此种电动机完成电子变向的元件是半导体开关，也就是把之前的触及式变向器与电刷用电分支开关器替代。所以无刷直流电动机具备显著的优点，因此其的利用率较高，备受人们所青睐和喜爱，普遍运用在电子仪器、自动化办公设施、高档录音座领域中，这是其稳定性、机械噪音小、无变向火花等优点。无刷直流电动机的构成主要包括地点传感器、多机绕组定子、永磁体转子等等。地点传感器依据转子地点的转变，顺着相应次序针对定子绕组的电流展开交换。但地点传感器输出掌控的电子开关线路供应定子绕组的作业电压。其一般有三大种类，分别是：电磁式、光电式以及磁敏式。

三、螺旋桨选型检测方案和结果

（一）检测方案

市场中不同螺旋桨生产厂家商品价钱和质量良莠不齐。依据电机商家介绍的26寸螺旋桨，市场中出现率较高的型号一般有2612、2680以及2610和2692四类，价钱自300元左右的某牌子电动榉木桨到1200元左右的jxf碳纤维配对桨均有销售。因此选购jxf牌子的2692配对桨、2610的榉木桨以及某牌子的2612与2680榉木桨深入检测其功效。在s型拉力传感器内获得拉力信息，在交直流数字钳形表内得到电流数值。

（二）检测结果

通过检测结果可发现，jxf企业生产的螺旋桨较其余牌子来讲，其速率明显占据上风。即使大螺距螺旋桨常常拥有大量拉力，然而其同

样会减少现实飞行进程中协调的可靠性。综合日后具体飞行手感考虑，毫无悬念的决定应用jxf牌子的碳纤维配对桨2692。另外，通过检测数据可发现，相同拉力作用下，各种组合的检测电流差值伴随拉力的加剧而逐渐上升。因为电压几乎一样，所以在此无刷电机形成3.6kg的拉力过程中，jxf螺旋桨（2692）的速率要较lxf螺旋桨（2610）的速率要多出14%。在此无刷电机型号才能8.6kg拉力过程中，jxf螺旋桨（2610）的速率要较一般螺旋桨（2680）的速率多出27%，这能充分说明此选型检测的重要性。

螺旋桨、无刷电机的指数影响着样机承载、飞行时间等关键指标。在测量数据的过程中可发现：相同厂家类似尺寸螺旋桨所造成的飞行时间差距能高达14%、因此此检测样本的局限性，现实检测的数据信息可能差别更显著，从而说明此检测进程的重要意义。未来可试着和无刷电机、螺旋桨的生产厂家利用联合协作的形式来得到健全的测定素质，且和旋翼螺旋桨策划、生产理论互相融合，以此提升旋翼无人机承载与飞行时间等功效。

结论

综上所述，旋翼无人机技术的飞速发展必须要坚持与时俱进，相关研发人员一定要积极向西方发达国家学习先进技术，借鉴其成功阅历，从而确保航时与负荷满足实际要求。在实践中要及时发现问题，及时解决问题，不断提高实践水平。

参考文献

[1]刘彦超.互联网经济下多旋翼无人机技术的软件开发系统设计与实现[J].环渤海经济瞭望,2017(12):200.

[2]金昱洋,王智超,曲以春.浅析多旋翼无人机系统技术改进[J].科技创新导报,2016,13(07):13-16.