旋翼无人机动力系统选型及测试方案研究
高性能无人机的动力系统研究
高性能无人机的动力系统研究在当今科技飞速发展的时代，无人机已经在众多领域得到了广泛的应用，从军事侦察、农业植保到影视拍摄、物流配送等等。
而高性能无人机的实现，离不开其强大而高效的动力系统。
动力系统就如同无人机的“心脏”，为其提供飞行所需的动力和能量，决定了无人机的性能、续航能力、飞行速度和负载能力等关键指标。
无人机的动力系统主要有电动、油动和混合动力三种类型。
电动动力系统通常由电池、电机和电子调速器组成。
其优点是结构相对简单、噪音低、维护成本低，并且在环保方面具有显著优势。
然而，电池的能量密度有限，这限制了电动无人机的续航时间和负载能力。
为了提高电动无人机的性能，科研人员一直在努力研发更高能量密度的电池技术，如锂离子电池、锂聚合物电池以及新型的固态电池等。
同时，优化电机的设计和效率，以及提高电子调速器的性能，也是提升电动动力系统的关键。
油动动力系统则是以燃油发动机为核心，常见的有内燃机和喷气发动机。
内燃机通常用于小型和中型无人机，而喷气发动机则更多地应用于大型高速无人机。
油动动力系统的优势在于燃油的能量密度较高，能够提供较长的续航时间和较大的负载能力。
但它也存在一些缺点，比如噪音较大、排放污染、维护复杂以及对燃油品质要求较高等。
为了克服这些问题，发动机的燃烧效率优化、尾气处理技术以及轻量化设计等方面的研究一直在不断推进。
混合动力系统结合了电动和油动的优点，通过合理的配置和控制，实现了两种动力源的优势互补。
例如，在起飞和爬升阶段，可以使用功率较大的油动发动机提供动力；而在巡航阶段，则切换到电动系统，以降低能耗和噪音。
混合动力系统的设计和控制是一个复杂的工程问题，需要考虑多种因素，如动力源的匹配、能量管理策略、系统重量和成本等。
在高性能无人机的动力系统中，电机和发动机的性能至关重要。
电机的效率、功率密度、转速范围和扭矩特性等直接影响着电动无人机的飞行性能。
而对于油动发动机来说，其功率输出、燃油消耗率、可靠性和耐久性则是关键指标。
民用多旋翼无人机系统试验方法
民用多旋翼无人机系统试验方法1. 静态试验在进行动态试验前，需要进行静态试验。
在静态试验中，需要检查飞行器每个部件的功能和性能，确保其能够正常工作。
静态试验包括以下内容：（1）检查电池的电量和电压。
（2）检查控制器、传感器和执行器等是否正常工作。
（3）检查传感器的准确度和稳定性。
（4）检查无线通信系统的可靠性和稳定性。
2. 悬停试验在进行悬停试验前，需要将飞行器放置在宽敞平整的场地上，确保周围没有障碍物。
在悬停试验中，需要测试飞行器的飞行性能和悬停能力。
（1）首先，将飞行器连接到遥控器，确保连接正常。
（2）然后，将飞行器升空并逐渐使其悬停在空中，观察飞行器的悬停能力是否（3）接下来，运用遥控器控制飞行器进行左右移动、前后移动和旋转等动作，观察飞行器的响应和稳定性。
3. 飞行试验在进行飞行试验前，需要选择一个适宜的场所，确保没有障碍物或危险因素。
在飞行试验中，需要测试飞行器的飞行稳定性、垂直和水平速度、航行距离和飞行高度等。
（1）将飞行器连接到遥控器，先进行短距离的飞行测试，观察飞行器的飞行稳定性和悬停能力。
（2）然后进行长距离飞行测试，观察飞行器的航行距离和飞行高度等。
（3）接下来，进行一系列特殊模式的测试，例如自动降落、自动起飞等，检测飞行器的功能和性能。
4. 故障模式试验在进行故障模式试验时，需要模拟几种不同的故障模式，以检测系统的反应和稳（1）模拟飞行器的电量耗尽情况，观察飞行器的反应。
（2）模拟传感器故障或失效，观察飞行器的稳定性和响应。
（3）模拟执行器故障或失效，观察飞行器的控制能力。
在所有试验过程中，需要记录数据并分析结果。
这些数据包括飞行器的电量、飞行高度、飞行速度、姿态和位置数据等。
基于这些数据，可以进行进一步的分析，并对系统进行优化和改进。
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。
旋翼无人机动力系统选型及测试方案
旋翼无人机动力系统选型及测试方案作者：丁承君王勇杰来源：《科技与创新》2017年第07期摘要：旋翼无人机动力系统——无刷电机、螺旋桨参数直接关系着样机航时、载重等重要指标，所以，在样机试制前，应进行选型测试，确定较优的旋翼无人机动力组合。
由实测数据可知，同厂家相近规格螺旋桨所导致的航时差距可达13.5%.由于测试样本有限，实际数据可能更大，继而充分证明该测试过程的必要性。
关键词：旋翼无人机；无刷电机；螺旋桨；航时中图分类号：TH122 文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2017.07.0331 旋翼无人机动力系统组成及选配原则植保无人机动力系统由4个部分构成，即电池、电机、电子调速器和螺旋桨。
其中，电池电压不能超过电子调速器的额定电压，电池最大电流应大于电调额定电流。
电池电压不能超过电机最大电压，电调最大电压不能超过电机最大电压。
1.1 动力部件——电池小微型无人机主要将化学电池作为动力电源，其主要包括镍氢（Ni-MH）电池、镍锰（NiOH-MnO2）电池、锂聚合物（Li-Poly）和锂离子动力电源等。
由于前两种电池的能量密度比较低，目前基本上被锂聚合物动力电池所代替。
锂电池的基本组成单位为S，锂电池的一个单位标准电压是3.7 V。
本机型选用格氏ACE锂聚合物电池，其电压为6 S（22.2 V），容量为16 000 mAh，放电倍率为15 C。
1.2 动力部件——电机动力电机分为2类，即有刷电动机和无刷电动机。
由于有刷电动机的效率比较低，其在无人机领域已被淘汰。
无刷电机结构简单、质量轻、使用方便，可减小无人机的噪声，弱化其红外特征，同时，又能提供与内燃机不相上下的比功率。
无刷电机采用的是电子换向，其输出功率和效率比较高，噪声小，寿命比较长，无其他明显的缺点。
综合考虑质量、最大功率、最大电流、力效等因素，本机型选定无刷电机W6050，最大电流为47 A，支持6～12 S锂电。
四旋翼飞行器动力系统模型参数辨识实验研究
四旋翼飞行器动力系统模型参数辨识实验研究卢艳军;吴金宇;张晓东【摘要】四旋翼飞行器动力系统是飞行器的重要组成部分;也是影响控制精度的重要因素.通常在动力系统建模时,直接采用机理建模法;但在实际中动力系统的选用和安装都会影响到动力系统模型,故直接采用机理建模方法准确性不高.基于动力系统机理模型得到动力系统模型结构,然后在搭建的测试实验平台上完成了转速数据的测量;根据实验数据通过扩展的自回归(ARX)模型辨识出动力系统的模型参数,建立出四旋翼飞行器动力系统模型并设计了比例-积分-微分(PID)控制器.通过系统仿真与实际测量验证,结果表明:对应用参数辨识后的四旋翼动力系统模型进行控制时,系统的快速性和稳定性都有明显的提高.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2019(019)004【总页数】8页(P9-16)【关键词】四旋翼飞行器;动力系统;ARX模型;PI控制器;参数辨识【作者】卢艳军;吴金宇;张晓东【作者单位】沈阳航空航天大学自动化学院,沈阳110136;沈阳航空航天大学自动化学院,沈阳110136;沈阳航空航天大学自动化学院,沈阳110136【正文语种】中文【中图分类】O213.2四旋翼飞行器由于其成本低廉、操作简单、可靠性高等优点在航拍、交通监控、搜索救援、地质勘探等方面得到广泛的应用。
四旋翼飞行器通过控制四个电机转速来调节螺旋桨拉力实现飞行器的六种飞行状态；所以动力系统模型的准确性直接影响着四旋翼飞行器的飞行控制精度。
目前针对四旋翼飞行器建模时，通常没有考虑到不同型号螺旋桨、电机的实际特性与安装时的误差影响，故直接采用通用的机理模型建立时会造成模型准确性不高[1，2]，从而对飞行控制造成一定的影响；且模型中的一些参数在实际中也很难进行测量。
因此，本文通过机理模型确定动力系统的模型结构[3]，根据扩展的自回归(auto regressive exogenous, ARX)模型针对动力系统模型参数进行辨识，得到系统输入输出的脉冲传递函数，并设计比例-积分-微分(proportion integration differentiation，PID)控制器，最后对模型进行了仿真与实际的验证。
无人驾驶航空器的动力系统研究
无人驾驶航空器的动力系统研究在当今科技飞速发展的时代，无人驾驶航空器已经成为了航空领域的热门话题。
无人驾驶航空器，简称无人机，其应用范围日益广泛，从军事侦察、物流配送，到农业植保、影视拍摄等领域，都能看到它们的身影。
而在无人机的众多关键技术中，动力系统无疑是重中之重，它直接决定了无人机的性能、续航能力、飞行高度和负载能力等关键指标。
无人机的动力系统主要包括内燃机动力、电动机动力和混合动力三种类型。
内燃机动力系统通常使用汽油或柴油作为燃料，具有较高的功率和能量密度，适用于大型、长航时的无人机。
然而，内燃机存在着重量较大、噪音高、排放污染以及对燃料品质要求较高等缺点。
电动机动力系统则以电池作为能源，具有响应迅速、噪音低、无污染等优点，但其能量密度相对较低，限制了续航时间和负载能力。
混合动力系统结合了内燃机和电动机的优点，通过合理的能量管理策略，可以在不同的飞行阶段选择最优的动力源，从而提高无人机的整体性能。
在电动机动力系统中，电池技术是关键因素之一。
目前，常用的电池类型有锂离子电池、锂聚合物电池和镍氢电池等。
锂离子电池和锂聚合物电池具有较高的能量密度和较轻的重量，但价格相对较高，且在充放电过程中需要严格的控制以确保安全。
镍氢电池则价格较低，但能量密度相对较小。
为了提高电池的性能，研究人员不断探索新的电池材料和技术，如固态电池、石墨烯电池等。
这些新型电池有望在未来大幅提高无人机的续航能力和性能。
同时，电动机的性能也对无人机的动力系统有着重要影响。
无刷直流电机因其高效、高功率密度和低维护成本等优点，成为了无人机电动机的主流选择。
为了进一步提高电机的性能，研究人员通过优化电机的设计，如采用更先进的磁路结构、优化绕组参数等，来提高电机的效率和功率输出。
此外，电机的驱动控制技术也在不断发展，如采用矢量控制、直接转矩控制等先进的控制算法，以实现更精确的电机控制和更高的能量利用率。
除了电池和电机，电调（电子调速器）也是电动机动力系统中的重要组成部分。
无人旋翼机旋翼气动分析与试验研究
第53卷第2期2021年4月Vol.53No.2Apr.2021南京航空航天大学学报Journal of Nanjing University of Aeronautics&Astronautics无人旋翼机旋翼气动分析与试验研究吴裕平，解望（中国直升机设计研究所，景德镇333001）摘要：为支撑某无人旋翼机方案设计，采用叶素理论和动态入流建立旋翼气动模型，进行旋翼参数分析。
评估了旋翼半径和总距对旋翼拉力及轴倾角的影响，得到旋翼拉力和操纵规律。
在大尺寸低速风洞开展无人旋翼机的试验研究，对独立机身、机身+旋翼组合体进行吹风，得到了不同风速及迎角下机身和旋翼的升力与阻力，并与计算结果进行对比，从而验证计算方法的有效性。
通过旋翼气动计算与试验结果分析，研究了旋翼气动特性与设计参数、飞行状态及轴倾角操纵之间关系。
最后提出了旋翼拉力与飞行速度和轴倾角的关系公式。
关键词：旋翼机；气动；旋翼；转速；飞行速度；风洞试验中图分类号：V211.52文献标志码：A文章编号：1005⁃2615（2021）02⁃0253⁃07Analysis and Experimental Study on Rotor Aerodynamics ofUnmanned GyroplaneWU Yuping，XIE Wang（China Helicopter Research and Development Institute，Jingdezhen333001，China）Abstract:In order to support the design of an unmanned gyroplane，a rotor aerodynamics model based on blade element theory and dynamic inflow is developed to perform rotor parameter analysis.The influence of rotor radius and collective pitch on rotor thrust and shaft angle is discussed，and the law of rotor thrust and control is obtained.The experiments of unmanned gyroplane are conducted in the low speed wind tunnel，including the single fuselage experiment and the fuselage and rotor group experiment.The rotor lift and drag at different wind speeds and angle conditions are measured.The validity of the computing method is verified by comparing the experimental results with the computed result.By computational analysis and experimental study，rotor aerodynamic characteristics versus design parameters，flight state，and shaft angle are investigated.In the end，the formula for rotor thrust on flight speed and shaft angle is observed.Key words:gyroplane；aerodynamic；rotor；rotate speed；flight speed；wind tunnel test自转旋翼机（又称“旋翼机”）是一种以自转旋翼作为升力面、螺旋桨推/拉力作为前进动力的旋翼类飞行器。
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四旋翼自主飞行器四旋翼自主飞行器本系统采用瑞萨公司生产的R5F100LEA 的微控制器作为四旋翼飞行器主控芯片。
采用高灵敏度的反射式红外光电传感器进行轨迹识别；采用陀螺仪调整飞行器的姿态；采用超声波测距来控制飞行器的高度；使用了互补滤波器对陀螺测量误差进行矫正，采用基于欧拉角反馈的 PID 控制器进行姿态控制。
关键词：四旋翼飞行器 R5F100LEA 循迹陀螺仪超声波本系统的四旋翼飞行器是用玩具四轴飞行器改造而成，为了实现平衡、循线飞行等功能，要求对飞行器的控制要有足够的精度。
对于精度的控制而言，合适的控制算法、反馈信号的精度、系统模型的准确度等都对系统的稳定性及控制精度起重要作用。
1. 飞机姿态调整方案论证与选择方案一：采用倾角传感器。
测量精度不够，反应速度不够快方案二：采用陀螺仪。
如今的陀螺仪应用广泛，它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、易于数字化、智能化等优点，能够比较精确的感知飞机当前的飞行状态，从而反馈给控制系统，以便能及时调整，符合本系统的要求。
如上所述，本系统采用方案二，陀螺仪的低功耗、体积小、重量轻很好的适应了本系统。
2. 机翼电机的方案论证与选择方案一：采用有刷电机。
有刷电机具有启动快、制动及时、可在大范围内平滑地调速、控制电路相对简单等特点，但有刷电机使用时功耗大、转速低、寿命短、噪声大且极易磨损。
方案二：采用无刷电机。
无刷电机的控制电路相对复杂，但无刷电机的功耗只有有刷电机1/3，寿命是有刷电机的4倍，转速也远高于有刷电机，且低噪音、低干扰且绝对无磨损。
符合本系统的要求。
综上所述本系统采用无刷电机。
3. 飞机循黑线飞行的方案论证与选择方案一：采用旋翼控制。
该方案是控制旋翼的转速进而来控制飞行器的前进、后退和转向，可以有效的减少飞行器的重量，但控制难度大，实施困难。
方案二：通过摄像头采集道路信息，对采回的数据进行处理来分辨路径，根据路径采取不同的策略进行控制。
旋翼无人机动力系统选型及测试方案
１旋 樊 九人机 动 系统组 成 及选 ！ Ｊ ！ ｌ Ｊ ２ 螺旋 桨 选 实 测 方 案及结 果 市ｌ ｝ 各 种螺 旋 浆 厂 商 ： 品质 、 价 格 参差 不 齐 根据 电 机 Ｊ ‘ 悄 保 尤人 机 动 力 系统 … 叫 个 部 分构 成 ： 电池 、 Ｉ 机 、 电 州速 器 和虫 筹 ｛ 旋桨． ． Ｊ 『 Ｉ Ｉ Ｌ ｕ池 Ｉ Ｕ ／ ｆ 能 超过 电子 ｉ Ｊ Ｉ ｌ ｉ Ｊ 速 器额 定 电ｎ ｉ ； Ｉ Ｕ 池 最 大 商推 荐 的 ２ ６寸螺 旋 桨 ，』 ｆ ｒ ｍ ｆ Ｉ 主要ｆ 『 ２ ６ ８ ０ 、 ２ ６ ９ ２ 、 ２ ６ ｌ ０ 、 ２ ６ １ ２四 种 电流 应 大 丁 电 ｊ Ｊ 占 Ｊ 额定Ｉ ｕ 流 电池 ｌ 乜 能 超过 电机 最 人 电 凋 ， 价格 从 ｌ ｌ （ Ｍ 】 余厄 的 Ｊ ｘ ’ 碳 纤维 配对 浆 剑 ２ ０ ０余 Ｊ 的某 ＾ ＾ 牌 电动 榉 小浆 小等 敞采 购 Ｊ Ｘ Ｆ ㈨ 掉的 碳纤 维 配 对桨 ２ ６ ９ ２ 、 电动榉 小 最 久电 能 超过 电＋ Ｊ Ｌ ｈ ￣ 大 电 １ ． １动 ５ 什— — ｌ 乜池 浆２ ６ ｌ （ ） 、 桀 品牌 电 动榉 小 桨 ２ ６ ８ ０ 、 ２ ６ １ ２进一 步 实 测 其性 能 其 ［ ｝ ｛ ｝ １ Ｓ划 托 力传 感 器 得 “ ｛ ， 电流 值 【 ｝ １ 交 直流 数 字 钳形 丧扶 得 。螺 ， Ｊ 、 微 型 九 人 饥 主 要 以化 ： ｌ Ｕ 池 作 为 动 力电 源 主 嗄包 括 镍 氢 力值 ｒ （ Ｎ ｉ — ＭＨ） 电池 、 镍锰（ Ｎ ｉ Ｏ Ｈ — ＭＩ １ （ ） ： ） 电池 、 钝 聚合 物 （ Ｌ ｉ — Ｐ Ｉ ｄ ｙ ） 、 锂 离子 旋 桨 选 测 试平 示 意 冈 （ 冈１ ） 、 实 测环 境 （ ２ ） 动 力电源 等 Ｉ ｊ ｉ ＝ ｆ 两 种 电 池 巾 于 能 密 度 较 低 ， 目前 甚 小上 被 锂 聚 合 物 动 力电 池 所代 替 电 池 的 坫 小组 成 单 位 为 Ｓ ． 锂ｌ 池 的 一 个 单 位怀准电压足 ３ ． ７伙 小饥 型 选 Ⅲ格 氏 Ａ Ｃ Ｅ锂 聚 合物 电 池 ， Ｉ 乜 压 为６ Ｓ （ ２ ２ ． ２ Ｖ） ， 容量为 １ ６ ０ ０ ０ ｍＡ ｈ ， 放 电俯 率 为 ｌ ５ （ ： １ ． ２ 功 Ｊ 部什— — 机 动 力电ｆ Ｊ 【 ・ ｌ ｆ 以 分 Ｉ 从 ｊ 类： 彳 ｆ ５ ｌ ｛ Ｉ Ｊ 电动￣ Ｊ ＇ Ｌ ￥ １ １ 无制 Ｉ 乜动 机 仃删 电 动 机｝ ｝ Ｉ ｒ效 率较 低 ， 尤 人机 领 域 被 淘 汰 ， 尢刷 电机结 构 简 单 、 甄量 轻、 使』 『 ｉ 方便， ｗ ， 使＿ 尤人 机 的噪 ， 豁和红 外 特 征很 小 ， 同时 又能 提供 与 内燃 ｆ Ｊ 【 小卡 ¨Ｉ 下 的 比功 率 ＿ ｌ Ｉ 尤刷｝ 乜 机 采 川 的 足电 产 换 向， 其输 ｝ ¨ 功 率 和 效率 较 高 ， 同 时 噪 卉小 、 寿 命较 长并 尢其 他 明 ｛ 『 ｌ ！ ＿ 缺 点 Ｉ 综 合 弩 虑 白 ± 、 最 大功 率 、 最 大Ｉ 乜流 、 效 等 素 本机 选 定 兀 刷 电机 Ｗ６ ０ ５ ０ ， 最大ｆ Ｕ流 为 ４ ７ Ａ， 支持 ６ — １ ２ ｓ镡 咀 ｌ ＿ ３ 动 部什— — Ｉ Ｕｆ凋 速 器 『 乜子 涮速 器 （ 简称 ： 渊） ｆ 盯 以 凋 Ｕ机转 速 ， 实现对 ＿ 尤 人 机 负 载 变 化 的 自动 州 尤驯 电调输 入端 是 ２ 根线 ， 接 正负极 电 源 ； 输… 需要３ 根线 ‘ ｊ 【 乜 机卡 ｝ Ｉ 连， Ｉ ； Ｘ Ｎ 足 ３ 根 线 小 停 地 改 变 磁场 以驱 动转 子转动 ； 本 机 使川 Ｘ Ｒ ｏ ｔ ｏ ｒ Ｐ ｒ ｏ Ｈ Ｖ ８ ０ Ａ电 子 涮 速 器 ． 允Ｖ Ｆ 持 续 电 流８ ０ Ａ ， 瞬 电流 ｌ Ｏ Ｏ Ａ （ １ ０秒 ） 图 ２ 螺 旋 桨选 型 买测 环境 １ ． ４ 动 力部件— — 螺 旋 桨 螺 旋 桨 分 为定 趴 螺 旋桨 和 变 螺 旋 浆 定距 螺 旋 桨 能 改 变桨 由 测 试结 果 ｌ ｆ 得ｆ １ ； Ｊ Ｘ Ｆ公 司的 螺旋 桨 村 １ 对其 他＾ ｌ Ｉ ｌ 牌 在效 牢 Ｌ 有 较 大 的托 力 ， 似 足 也 会降 距。 一般Ｊ １ 】 于轻 、 微 刊 无 人机 大 、 小 利 无 人机 可 以视情 况 安装 行 较 大优 势 虽 然 夫 螺距 螺 旋 浆 往 往 ｆ 变 螺 旋 桨 提 高可 操 作性 根 【 乜 机Ｋ Ｖ值 的 不 刚 ， 所 配 的螺 旋 桨 低 实 际 行 过程 『 １ ｌ 洲 节 的稳 定 性 。结 合 后 期实 际 行 ｙ － 感， 故决 定 尺 寸也 会变 化 ． ． 购买 ｔ ｌ ｄ ， ， ￣ Ｊ Ｌ ｌ ｌ ￣ ． 厂家 都 会说 明所 配套 螺 旋 浆规 格 。 使用 Ｊ Ｘ Ｆ・ 牌 的 ２ ６ ９ ２ 碳 纤 维 配 对桨 此 外 ， ｆ ｛ Ｉ 测 试数据 ｌ ｌ 『 以看 “ ｛ ， 如 果螺 旋 桨 寸太 小 ， 难 以实 现 厂 家描 述 的最 大 推 螺 旋 浆 尺 寸 同等 拉 力 下 同组 合 的测 试电 流差 值 随着 托 力 的增 大 小断 加大 。 ｍ 过大 ， 容易， ｊ ｌ 起 电机 过热 ， Ⅲ现遐磁现 象 ， 对 电机 产 ： 生 水 久性 破 丁电 压 琏小 相 同 ， 敞 该兀 刷 电机 产 ， 卜３ ． ５ Ｋ ｇ 力时 ． Ｊ ｘ ｝ 、 ２ ６ ９ ２ 螺 旋 朔 桨 的效 率 比 Ｊ Ｘ Ｆ ２ ６ １ ０螺 旋 桨 效 率 提 高 Ｉ ３ ． ５ ￣ ｃ ；在 该 无 刷 电 机 产 生 ８ ． ５ Ｋ ｇ 托 力时 ， Ｊ Ｘ Ｆ ２ ６ １ ０ 螺 旋 浆 的 效 率 比普通 ２ ６ ８ ０螺 旋 桨效 率提 高 ２ ６ ． ９ ％。敞 明进 行该 选 型测 试 的 必 爨性 、 ３结 粜语 无刷 电机 、 螺 旋桨 参 数 “接 荚 系列 样机 航 时 、 载 重 等 匝要 指 标 从 实测 数据 ¨ 『 得“ ｛ ， 同厂 家相 近 规 格螺 旋 桨 所 导致 的航 时 差距 可 达 １ ３ ． ５ ％。 『 ｝ Ｉ 下本 测 试样 本 彳 ｒ 限， 实 际数 据 可 能 ｌ 更大 ， 继ｍ 允 分 证 明 陔 测 试过 程的 必 要性 今后 － 可号虑 与螺 旋 桨 、 无 刷 电机 Ｊ 一商通 过 协 商 合 作 以 扶 得 更 为 完 整 的测 试数 据 ， 行 与旋 翼 螺旋 桨设 汁 、 制 造 理 论 相结合， 进 一 步 提 高旋 翼 无人 机航 时 、 载 重等 性 能 。
四旋翼无人机的动力效率实验研究
四旋翼无人机的动力效率实验研究郑欣;史腾飞;陈国青;刘荣海;常喜茂;田沛【摘要】针对无人机的动力效率问题进行了一系列的测试.主要针对电机效率和电机工作温度进行了深入的对比试验,通过对比不同KV值、不同桨径和不同电压下的飞行效率,总结得出电机拉力效率最佳范围并对不同质量的荷载给出合理的电机参数选择范围.【期刊名称】《云南电力技术》【年(卷),期】2017(045)001【总页数】6页(P73-78)【关键词】无人机;电机温度;电机效率;最佳参数【作者】郑欣;史腾飞;陈国青;刘荣海;常喜茂;田沛【作者单位】云南电网有限责任公司电力科学研究院,昆明 650217;华北电力大学云南电网公司研究生工作站,昆明 6502172;华北电力大学,河北保定 0710031;华北电力大学云南电网公司研究生工作站,昆明 6502172;华北电力大学,河北保定0710031;云南电网有限责任公司电力科学研究院,昆明 650217;华北电力大学,河北保定 0710031;华北电力大学,河北保定 0710031【正文语种】中文【中图分类】TM73随着多旋翼控制技术的成熟，多旋翼飞行器应用范围越来越广泛，尤其在电力领域。
但其续航能力方面相比固定翼飞行器差距较大，这也极大的限制了四旋翼无人机的发展，其续航能力一方面是由于携带的电池质量与供电效率的关系，另一方面则是电机输出效率和电机工作温度的影响。
本文针对四旋翼无人机的动力效率问题进行了系统的性能测试，分别从推力效率和电机工作温度两方面进行基础研究，通过测试不同的电机KV值、桨径、输出电压、电流、产生推力和油门开度来比较得出结论，并在实验数据和分析的基础上得出不同荷载所选择的合适电机参数，为多旋翼无人机的设计提供动力系统方面实验数据支持。
1.1 电机原理因外转子电机扭矩较大，多旋翼无人机一般都选用外转子无刷电机。
电机KV值是指在空载状态下，电机电压每提高1 V转速增加的量，KV值越高转速越快，适配的螺旋桨尺寸越小。
共轴双旋翼无人机动力测试解决方案
共轴双旋翼无人机动力测试解决方案前言与传统的多旋翼无人机架构相比，共轴式多旋翼无人机具有结构紧凑、上下旋翼反转扭矩相消和良好的操控性等优势，同时可以为整机提供更大的动力，尤其在直升机领域，共轴双旋翼的设计受到了越来越多军工设计领域与民用领域人士的重视，在无人整机整体平衡设计上无需尾桨来平衡主旋翼的扭矩，即可在空中保持悬停，因此具有更高的悬停效率。
据卡莫夫设计局的研究资料，通常共轴双旋翼直升机的悬停效率要比单旋翼带尾桨的直升机高出17%~30%。
然而同样是由于共轴双旋翼的翼间布局紧凑的原因，下旋翼大部分区域处于上旋翼的下洗流和尾迹涡干扰中，在上下旋翼之间存在非对称干扰，造成流场内部的气动干扰更加复杂。
为了充分发挥共轴双旋翼的动力性能，减少不必要的功率损耗，因此对共轴双旋翼无人机的动力测试显得尤为关键。
系统概述本文尝试从无人机生产制造商的角度来阐述全新一代的共轴双旋翼无人机动力测试系统，如何更全面、更精准和更高效地优化共轴双旋翼无人机的整机设计。
系统主要由全固态高精度的无人机动力测试台和模块化、开放式的数值风洞系统两部分组成。
上述硬件部分均支持基于python脚本的自定义软件控制，其重新定义了无人机的动力测试项目，极大地增强了生产厂商对无人机全生命周期的综合态势感知能力。
目录1.全固态高精度Tyto共轴双旋翼无人机动力测试台2.开放式的无人机风洞测试系统1.全固态高精度Tyto共轴双旋翼无人机动力测试台测试台支持对共轴电机和共轴螺旋桨的推力，扭矩，转速，电流，电压，温度，空速，螺旋桨效率和电机效率的测量帮助您精准地描述和评估其性能参数。
其中测试台两个动力系统共轴测试有以下几种结构形式:背靠背，面对面，或偏置测试。
与常规的无人机单电机+单旋翼测试台相比，共轴双旋翼电机测试方案引入了一些新的参数变量：❖轴向距离：两个螺旋桨在轴向上的物理偏移量Z；❖径向偏移：两个螺旋桨之间在径向上的物理偏移；❖直径差异：两个螺旋桨可能有不同的直径；❖螺距差异：两个螺旋桨可能有不同的螺距；当同时控制两个电机和电调时，还需要一些额外的参数设置：两个螺旋桨之间的转速差，以及上游螺旋桨产生的空气速度和压力。
电动固旋翼无人机动力系统建模与优化设计
电动固旋翼无人机动力系统建模与优化设计摘要：为解决电动固定翼四旋翼复合布局无人机（ｅＨＡＶ）动力系统设计选择缺乏相应理论方法的问题，提出了一套动力系统的建模和优化设计方法。
通过推质比计算提出了动力系统需求，利用螺旋桨和旋翼理论建立了螺旋桨的设计和性能计算模型，通过统计分析和１阶电动机模型建立了无刷直流电动机的计算模型，通过电动机与电池电压、电流之间的关系建立了电池选择方法，在经过电压修正的放电特性经验公式基础上建立了无人机航时计算方法。
根据动力系统匹配方法，建立了动力系统优化设计流程。
对某电动固旋翼无人机动力系统进行了优化设计和选择，结果表明：所建螺旋桨和旋翼模型计算结果与ＣＦＤ结果的误差在１０％以内，电池放电模型与试验数据的拟合度在０．９７以上，飞行测试结果表明所提方法选择的动力系统使得无人机航时测试值与设计值误差小于４％，证明了该方法有较高的准确性和可行性。
关键词：电动固旋翼无人机（ｅＨＡＶ）；动力系统建模；系统效率引言电动固定翼四旋翼无人机是集合多项现代高新科技的成果，无人机行业的蓬勃发展是中国崛起、中国航空产业崛起的重要体现，电动固定翼四旋翼无人机具有系统安全性好、可靠性高、负载能力强等特点，具有非常广阔的应用前景。
电动固定翼四旋翼无人机的作业方式相比于传统的人工作业方式，大大提高了作业效率、降低作业成本与风险。
在无线通信技术与图像处理技术快速发展的背景下，电动固定翼四旋翼无人机逐渐向智能化的方向发展，另外，独特的机械结构使电动固定翼四旋翼无人机更加灵活。
随着无人机在人们生活中的进一步普及，无人机故障的影响也会越来越大，在大多数故障中，主要是控制器故障后果最为严重，所以飞行控制器的结构健康管理始终受到人们高度重视。
1无人机技术的概述如今人们的生活水平在不断提高，对于电能的依赖性越来越强，人们的日常生活无法离开电能。
规模扩大的同时，导致一些线路处于一些偏远的山区，而这些地区人力无法到达，这就给后期的巡检工作到来了一定的阻碍。
旋翼无人机动力系统选型及测试方案
旋翼无人机动力系统选型及测试方案由于旋翼无人机动力系统——无刷电机、螺旋桨参数直接关系到样机航时、载重等重要指标，故在样机试制前应进行选型测试，确定较优的旋翼无人机动力组合。
从实测数据可得出，同厂家相近规格螺旋桨所导致的航时差距可达13.5%。
由于本测试样本有限，实际数据可能更大，继而充分证明该测试过程的必要性。
标签：旋翼无人机；无刷电机；螺旋桨；航时1 旋翼无人机动力系统组成及选配原则植保无人机动力系统由四个部分构成：电池、电机、电子调速器和螺旋桨。
其中电池电压不能超过电子调速器额定电压；电池最大电流应大于电调额定电流。
电池电压不能超过电机最大电压。
电调最大电压不能超过电机最大电压。
1.1 动力部件——电池小微型无人机主要以化学电池作为动力电源。
主要包括镍氢（Ni-MH）电池、镍锰（NiOH-MnO2）电池、锂聚合物（Li-Poly）、锂离子动力电源等。
前两种电池由于能量密度较低，目前基本上被锂聚合物动力电池所代替。
锂电池的基本组成单位为S，锂电池的一个单位标准电压是3.7伏。
本机型选用格氏ACE锂聚合物电池，其电压为6S（22.2V），容量为16000mAh，放电倍率为15C。
1.2 动力部件——电机动力电机可以分为两类：有刷电动机和无刷电动机。
有刷电动机由于效率较低，在无人机领域已被淘汰。
无刷电机结构简单、重量轻、使用方便，可使无人机的噪声和红外特征很小，同时又能提供与内燃机不相上下的比功率[1]。
无刷电机采用的是电子换向，其输出功率和效率较高，同时噪音小、寿命较长并无其他明显缺点[2]。
综合考虑重量、最大功率、最大电流、力效等因素。
本机型选定无刷电机W6050，最大电流为47A，支持6-12S锂电。
1.3 动力部件——电子调速器电子调速器（简称：电调）可以调节电机转速，实现对无人机负载变化的自动调节。
无刷电调输入端是2根线，接正负极电源；输出需要3根线与电机相连，原理是靠3根线不停地改变磁场以驱动转子转动；本机型使用XRotor Pro HV 80A电子调速器，允许持续电流80A，瞬间电流100A（10秒）。
小型多旋翼无人机动力系统参数的测定
小型多旋翼无人机动力系统参数的测定黄强;王海;刘明;姚刚;朱利凯【摘要】多旋翼无人机的飞行动力主要由电机、螺旋桨和电子调速器组成的动力系统决定.因此,动力系统参数直接影响着无人机的载重、飞行效率等重要指标.文章开发了一种小型多旋翼无人机动力系统参数的测试平台,借助杠杆机构由力传感器采集升力和桨毂力数据,光电传感器采集转速数据,通过上位机进行分析得到相关的动力系统参数.通过该测试平台,可以在小型多旋翼无人机装配前获得其动力系统参数,从而选择合适的转子系统来进行装配,来达到多旋翼无人机的飞行要求.同时其结构简单,成本低廉,可以稳定精确地获得测量数据.【期刊名称】《安徽工程大学学报》【年(卷),期】2018(033)004【总页数】7页(P43-48,69)【关键词】多旋翼无人机;动力系统参数;测试平台;升力;桨毂力;转子系统【作者】黄强;王海;刘明;姚刚;朱利凯【作者单位】安徽工程大学机械与汽车工程学院,安徽芜湖 241000;安徽工程大学机械与汽车工程学院,安徽芜湖 241000;中国科学院合肥智能机械研究所,安徽合肥 340104;安徽工程大学机械与汽车工程学院,安徽芜湖 241000;中国科学院合肥智能机械研究所,安徽合肥 340104【正文语种】中文【中图分类】TP206+.1随着航空技术的发展，无人机开始出现在人们生活的各个领域，而小型多旋翼无人机因为其优异的可控性和垂直起降的特性，在航空摄影、农业植保、运输、电力检测等方面都有非常广泛的应用[1].最近几年，随着微机电和微传感器不断发展与更新升级，对于多旋翼飞行器的研究有了很大进展，在一定程度上解决了多旋翼飞行器开发的一些关键问题[2].多旋翼飞行器的动力系统一般由直流无刷电机、螺旋桨以及电子调速器组成,而动力系统的参数则直接影响多旋翼样机的飞行时间、载重、飞行姿态控制等重要指标,所以在多旋翼飞行器设计前对动力系统的参数进行实验标定具有很重要的意义.对于多旋翼动力系统的研究，文献[3]通过硬件和软件结合的方式设计了一种转子升力测试平台，并建立转子升力动态模型.最后通过实验验证了该升力动态模型的有效性.文献[4]提出四旋翼飞行器的精确控制需要使用动力系统推力，而该飞行器推力不可直接测量，继而推出一种悬停状态下的四旋翼推力估计方法，并对四旋翼动力系统建模，建立了悬停状态下用于推力估计的线性系统. 目前的研究表明，多旋翼无人机设计过程中动力系统参数对其飞行控制具有重要影响，而现阶段要么将转子系统固定在一维力传感器上对其单一的动力学参数如升力、转速等进行检测，要么采用实验成本较高的风洞试验、电机测试装置等专用仪器进行检测.前一种方法测量精度低，可靠性不高；后一种方法精度较高，但实验成本高，难以推广适用.利用光电传感器和力传感器并结合软件设计了一种多旋翼动力系统的测试平台.该测试平台利用杠杆原理，通过光电传感器获取当前旋翼转速，并通过杠杆原理在力传感器上获取力的数据，通过力臂换算最终获得动力系统在当前转速的升力桨毂力.最后根据转速、升力和桨毂力的数据，通过上位机进行分析得到动力系统的升力系数以及桨毂力系数，并建立PWM信号到转速一阶系统模型.测试平台结构简单，测试精确，可以广泛应用于小型多旋翼飞行器动力系统参数的测定.1 四旋翼无人机的动力学模型四旋翼无人机是一种典型的欠驱动的控制系统，它通过控制固定在4个对称角上的由电机和螺旋桨构成的转子系统产生的升力来控制四旋翼无人机在6个自由度上的运动[5].为了简化四旋翼的动力学模型，做出以下假设：首先，四旋翼的主体结构为刚体且是对称的.其次，螺旋桨具有固定的俯仰角.最后，四旋翼的质心与其几何中心重合，转动惯量直接通过几何中心来估计.典型四旋翼的坐标系模型如图1所示.图1中给出了每个螺旋桨的升力、桨毂力、扭矩、角速度以及力臂.图1 四旋翼坐标系模型根据动量理论，在理想状态下四旋翼转子i产生的升力Fi为(1)式中，Ct为升力参数；Ωi为旋翼转速；ρ为空气密度；S为桨叶面积.又因为各个参数均为常数，所以该方程可以简化为(2)式中，Kt为归一化后的升力系数.同样，可以得到四旋翼的桨毂力Hi为(3)简化后的方程为(4)式中，Kh为归一化后的桨毂力系数.同时根据电机模型[6]表现出来的非线性，建立从发送给电机指令的脉宽调制(Pulse Width Module,PWM)信号到旋翼转速Ω的一阶系统模型.(5)式中,u为PWM脉宽(us)；Tm是时间常数；Km是稳定增益系数.2 四旋翼无人机的结构参数用Solidworks软件构建的四旋翼飞行器的三维结构图如图2所示.模型的组成部分包括直流无刷电机、螺旋桨、碳纤杆、碳纤杆管夹、电池、Mega2560 Arduino开发板和碳纤维机身部分.碳纤维材料具有强度高、质量轻等优点，非常适合作为小型多旋翼飞行器的构成材料.同时根据构建的三维结构图，可以直接在Solidworks中对四旋翼结构和转子的惯性质量矩进行求解.四旋翼参数如表1所示.由表1可知，通过Solidworks求解出的关于机体X轴、Y 轴和Z轴的惯性矩Ix、Iy、Iz以及整个四旋翼的总质量m，各个转子到机体中心的距离L.图2 四旋翼三维结构表1 四旋翼参数参数数值单位参数数值单位Ix5.216e-2Kg·m2L352.76mmIy2.628e-2Kg·m2M1.597KgIz7.457e-2Kg·m23 升力系数和桨毂力系数测定系统设计3.1 升力系数测定装置设计为了简单有效地对单个转子系统的升力系数进行标定，设计了测试平台.升力系数测试装置三维结构设计如图3所示.图3 升力系数测试装置三维结构设计图4 升力系数测试装置实验装置搭建如图4所示.由图4可知，测试平台利用杠杆的原理，通过中间的向心关节轴承实现杠杆原理的测量.其中光电传感器固定在碳纤杆的管夹上，并使其红外发射和接收端口处在螺旋桨的半径范围内.所用力传感器的精度为0.01 g，量程为1 000 g，可以满足测量需求.Arduino开发板在3号引脚上产生占空比可调的PWM信号驱动电机和螺旋桨旋转，同时光电传感器输出脉冲信号并通过示波器进行显示，通过计数脉冲个数即可通过公式得到旋翼的当前转速，最后分析得到相关的升力系数.3.2 桨毂力系数测定装置设计为了更好地对单个转子系统产生的桨毂力进行测试，对升力系数测定装置进行了一定的改进，从而使其可以进行桨毂力系数的标定实验.测试装置设计如图5所示.由图5可知，通过引入另一个直流无刷电机和旋翼，并将它们横向放置，根据正反桨的工作原理，两个旋翼转动时产生的升力将相互抵消，同时左边的旋翼产生向下的桨毂力，右边的旋翼产生向上的桨毂力，这样就可以在力传感器上获得相关力的数据，并通过杠杆的原理进行力臂的换算，最终得到桨毂力的大小.实验装置搭建如图6所示.图5 桨毂力系数测试装置三维结构设计图6 桨毂力系数测试装置3.3 实验测试表2 升力系数测试数据PWM/us脉冲个数转速/r·s-1升力(test)/g升力(true)/g1000000150312.53.003.562001127.526.2031.052501537.552.8062.5 83001845.081.0296.013502050.0112.11132.754002255.0144.23170.684502 460.0172.20203.875002665.0201.78238.255502870.0233.45276.176003075. 0279.12330.706503382.5333.23394.717003587.5382.05452.787503792.543 5.64515.618003895.0481.32570.1385040100.0533.21631.7690042105.0590. 11699.3395043107.5608.47720.66力臂长度L1=51.8cmL2=43.7cm通过升力系数测定装置进行实验得到的结果如表2所示，转速数据可以根据转速计算公式得到．(6)式中，c为接收到的脉冲个数；p为叶片数；ts为时间间隔.研究中p=2,ts=200 ms.而升力可以根据杠杆原理得到Fttest·L1=Ft(true)·L2,(7)图7 转速-升力拟合曲线将得到的转速数据和升力数据输入到Matlab的工作区，并利用Matlab的Curve Fitting tool进行转速-升力的曲线拟合.根据式(2)及式(4)，对其进行二次拟合，得到转速-升力拟合曲线如图7所示.根据Matlab给出的拟合结果可以看出，R-square项越接近1表示拟合效果越好，经由Matlab可以得到该曲线的R-square 项为0.988 2，说明曲线的拟合效果较好，可以很好地表达两组数据之间的函数关系.同时根据拟合曲线可以得到升力系数K_t的值为0.066 82.转速—升力的二次拟合方程为：(8)表3 桨毂力系数测试数据PWM/us脉冲个数转速/r·s-1桨毂力(test)/g桨毂力(true)/g1000000150312.52.000.392001127.58.501.672501537.515.122.9530 01845.022.034.333502050.034.216.694002255.044.588.664502460.050.279. 845002665.058.1311.415502870.062.3312.206003075.069.1113.576503382. 580.2415.747003587.596.7518.897503792.5108.0221.258003895.0115.6722 .6285040100.0126.3424.7990042105.0137.4226.9595043107.5138.0427.15力臂长度H1=61cmH2=24cm通过桨毂力系数测定装置进行实验得到的数据如表3所示，根据杠杆原理可以得到：Fh(test)·H2=2Fh(true)·H1,(9)从而获得实际桨毂力的大小，结合获得的转速数据，通过Matlab进行二次拟合可以得到.转速-桨毂力拟合曲线如图8所示.根据图8给出的拟合结果可以得出R-square等于0.991 6，说明二次拟合可以很好地表达转速和桨毂力之间的函数关系，并可以得到桨毂力系数Kh为0.002 684.所以，转速-桨毂力的二次拟合方程为：(10)3.4 转速测量上文提到了利用光电传感器的特性通过接收脉冲信号来进行转速的测量.具体的测量过程是通过将光电传感器接收到的信号输入Mega2560 Arduino开发板的2号引脚，再通过Arduino开发板将数据处理后发送到串口，这时可以通过Matlab 软件进行程序的编译使其可以读取发送到串口的数据并进行实时的绘图，这样就可以得到实时传输过来的转速数据.PWM信号和转速信号关系如图9所示.由于光电传感器的读取误差，发送到串口的数据存在一定的波动，这里取两个峰值的平均值作为当前旋翼的转速.由图9可知，每当增加50 us的PWM信号时，转速的提升需要60 ms的稳定时间，因此可以求得其时间常数Tm为60 ms.根据公式：(11)结合采集到的转速与PWM信号数据，通过计算得到稳定增益系数km为0.275.因此可以建立如下的PWM信号到转速的一阶系统模型：(12)图8 转速-桨毂力拟合曲线图9 PWM信号和转速信号关系4 结论通过SolidWorks设计了一种四旋翼的三维模型，并对其结构参数进行求解.研究开发了一种通过Arduino结合Matlab实时检测转速[7-8]，并通过力传感器和杠杆机构对转子系统产生的升力和桨毂力进行测定的实验平台.通过该实验平台可以得到当前转子系统的升力系数、桨毂力系数、PWM和转速的关系，从而对小型多旋翼无人机的动力系统进行标定.该实验平台可以有效地对小型多旋翼无人机的动力系统参数进行测定，并具有一定的稳定性和准确性，为多旋翼无人机的前期设计工作提供了数据支持，有效地解决了多旋翼无人机在飞行过程中无法准确地对其动力系统参数进行测量的问题.实验装置也存在一定的不足和需要改进的地方.实验采用一维力传感器，存在一定的测量精度问题，影响了测量的准确性，以后可以考虑加入二维或者三维力传感器来提高测量精度.参考文献：【相关文献】[1] P SEGUI-GASCO,Y AL-RIHANI,H S SHIN,et al.A Novel actuation for a multi rotorUAV[C]//International Conference on Unmanned Aircraft System.Atlanta:IEEE,2013:373-382.[2] S LORENZ.Open-loop reference system for nonlinear control applied to unmanned helicopters[J]. 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多旋翼无人机及无人机传动系统的研究发展综述
多旋翼无人机及无人机传动系统的研究发展综述摘要：本文从无人机的旋翼分类出发详细介绍了国内外关于各种旋翼无人机的发展历程、发展现状，无人机按照旋翼类型分类可分为旋翼无人机以及固定翼无人机。
本文着重介绍多旋翼无人机的多个动力系统，无人机传动的动力系统通常分为油驱动、电驱动及油电混合驱动，分析了不同传动动力系统的特点以及适应的工作环境。
关键词：无人机；多旋翼；动力传动系统1引言无人机是一种可远程控制、有动力、能够携带多种设备、有效执行不同任务，并且可以多次反复利用的无人驾驶航空器。
鉴于其自身的诸多优势，在侦察、监视、通信中继、电子对抗等诸多军事领域取得了成功的运用。
当前，无人机技术除了在军事领域的广泛应用以外，在民用领域也取得了很大的进步，比如在民用领域中的植保无人机、物流无人机、航拍无人机、救灾无人机等都是对无人机的多元化利用，利用无人机可以执行高危任务或对人体伤害较大的任务，减少人员伤亡，提升效率。
它还有着操作简便、起降灵活、环境影响等优点，受到多种行业领域的青睐，成为他们重点研发的对象。
2无人机分类根据无人机的飞行方式，现有的无人机普遍可分为两类，分别为固定翼无人机旋翼无人机。
固定翼无人机的历史由来已久，在过去的战争中占有重要的地位。
其特点是续航时间长、飞行效率高、飞行速度快、载荷大，但起飞需要助跑，降落需要滑行，对起降场地的需求限制了其全面的推广。
多旋翼飞机的历史最早是在 1907 年，当时Breguet 兄弟，设计制造了世界上第一架有人驾驶的多旋翼飞机—“旋翼机一号”。
其小巧轻便﹐相较于其它飞行器具有得天独厚的优势，与固定翼飞行器相比,它具有可以垂直起降,可以定点盘旋的优点;与单旋翼飞行器相比,它采用无刷电机作为动力,并且没有尾桨装置,因此具有机械结构简单、安全性高、使用成本低等优点.多旋翼无人机的诸多优点使其在军事、娱乐、探测、治安等多方面有所应用。
由于旋翼无人机的控制原理较固定翼复杂，难以实现旋翼无人机飞行姿态的自主控制，使得旋翼无人机的发展较为迟缓。
小型四旋翼无人机组机方案设计
一、小型四旋翼无人机总体架构典型的小型四旋翼无人机，一般由机械部分（机架），动力部分（包括电机、电子调速器、电调连接板、桨叶、电池），电子部分（包括飞控板、通信模块、遥控器接收机、PPM编码板）组成。
（一）机械部分机架考虑到编队飞行对实验室空间的要求，希望机架能够尽量的小。
根据与蔡国伟老师对电机与桨叶（后文提到）的搭配进行讨论后，决定将机架的大小设定为轴距255mm，边距180mm（由6寸桨的大小决定）。
1，底板 2，中间机架板 3，顶板整个机体由底板、中间机架板、顶板连接而成（通过尼龙螺柱和螺丝）；底板安置电池、xbee模块、遥控器接收机、电调连接板，中间机架板安置4个电调、pixhawk飞控板，顶板用于安置定位系统标记点（同时起到保护、隐藏pixhawk 飞控板及走线的作用）；为便于安装，所有开孔、镂空均根据拟选器件匹配设计；拟采用碳2mm厚3K纤维板加工。
另设计四个保护罩如下（可用于避免桨叶受损或伤人）：4，保护罩（二）动力部分（1）电机一般而言，小型四旋翼无人机（轴距250mm左右）选用KV2000左右（配5-6寸桨）的电机。
经过对比讨论后，拟选用飓风D2206 KV1900无刷直流电机（配6寸桨）。
之所以选用这款电机是因为这款电机能够提供较大的拉力，同时该电机的工作电流处在一个比较小的区间，单个电机重量仅为27.5g。
飓风D2206 KV1900参数表飓风D2206 KV1900实物图（2）电子调速器电子调速器用于驱动无刷直流电机，比较重要的参数是工作电流，刷新频率，重量。
一般而言，市面上可售的大部分电子调速器的刷新频率都大于400hz，符合要求。
根据上文所选电机的工作电流，综合考虑重量要求，与蔡国伟老师沟通后，拟选用好盈XRotor-10A电子调速器。
好盈XRotor系列电子调速器参数表好盈XRotor-10A电子调速器实物图（3）电调连接板电调连接板，其本质为一块电源配电板，用于简化电池与电调、电调与飞控之间的电气连接，同时可以避免导线拆装时的反复焊接。
无人机动力系统扭矩测量方法和测试必要性的研究
无人机动力系统扭矩测量方法和测试必要性的研究引言我们在进行无人机测试时经常会遇到的一个问题是：为什么要测试无人机动力系统的扭矩？以及如何才能对扭矩进行精准的测量？无人机设计人员通过对扭矩的精准测量，可以计算无人机的输入功率和输出功率比值，进而分析得出系统的整体效率：1.扭矩和转速对于无人机的螺旋桨来说有两个关键性能参数：扭矩和转速，将扭矩和转速相乘即可计算得出螺旋桨的机械输出功率。
通过观察无人机电机和螺旋桨的连接方式，不难发现无人机电机向螺旋桨发送的“指令信息”只有扭矩和转速。
图1：连接到三叶螺旋桨的无人机电机2.电机效率方程无人机电机的输出端连接有电池或供电电源，它可以将电能转换为转速和扭矩等机械能。
通过以上我们可以计算得出无人机电机的关键效率公式，通过测量扭矩和转速得出机械输出功率，再计算得到机械输出功率和电机输入电功率的比值，即为电机效率。
随着扭矩和转速的增加，设计人员需要测试多种不同的螺旋桨以确定最佳的电机-螺旋桨组合方案。
如果我们能够保持相同的螺旋桨效率，通过提高机械功率和电功率的比值来增加无人机整机的续航时间和净载荷。
3.扭矩的测量方法扭矩测量可以通过多种方法实现，在我们的测量解决方案中使用的是没有任何活动部件的全固态测量系统，可以极大地减少回程和震动误差。
我们的1780系列测试台配备有三个称重传感器，每个传感器支持测量2个方向的拉力，因此系统整体可以测量6个方向的拉力（图2）。
下图展示的是我们的一个同轴测试台解决方案，每个无人机推进系统配备了3个称重传感器（2个推进系统共计6个称重传感器）。
经过系统校准后，我们即可以精准地测量电机施加到电机安装板上地扭矩和拉力。
图24.如何计算无刷电机的机械功率？当完成扭矩测量后，我们可以测量电机的RPM/旋转转速通过方程计算得出机械功率值。
我们测试台上装有一个小型红外RPM传感器，它可以精确感知其前方通过的很小的反光带。
系统附带的电子设备使用计数器来记录上述反光带通过RPM传感器前方的次数来测量旋转速度。
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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.。