无人机研究与制作
作 者：于 玺（高二五班无人机研制组组长）
班 级：高二（5）班
摘 要
随着人类科技水平的不断进步，无人机已经成为众多热门科技产品之一，越来越受到人们的关注。 本文介绍了无人机的飞行原理及小组成员的研制过程。
关键词 无人机
1.理论探究
1.1概念与分类
1.1.1无人机的概念
无人机（unmanned aerial vehicle）是利用无线电遥控设备或自备的程序控制装置操控的不载人飞机，是飞行器的一种。
1.2.1无人机的分类
（1）按飞行平台构型划分
固定机翼无人机
多旋翼无人机
无人直升飞机
无人飞艇
伞翼无人机
扑翼无人机
（2）按用途及价格段位划分
1.2成品无人机公司排行榜（图1）
图1
1.3无人机的结构与组成部件
笔者根据无人机部件的功能，将结构大体分为三大系统：
1.3.1结构与动力系统
1．机架、起落架与布置形式
机架有F450、F550等形式。
起落架是无人机起飞与降落的重要部件。
布置形式有四旋翼X字型，六旋翼X字型，八旋翼共轴双桨型等型号。（图2）
图2
笔者所在小组研制的无人机（以下简称本组无人机）采用F450机架，四旋翼X型。
2．电动机
（1）本组无人机采用的是外转子直流电动机。
由于导通方式与换相原理涉及更高层次知识体系，故不加入介绍范围。
（2）指标参数：
型号：4位数字，前两位转子直径，后两位转子高度。
KV值：定义为转速处以电压，输入电压增加1V，空转转速增加值，电机一旦做好，KV固定不可改变。
效率：效率标注单位g/W，由于电机功率与推理并不成正比，故具体效率要看电机效率表。
磁极数：磁极数越多，转速越低，转矩越大。
3．螺旋桨
（1）以追求效率为第一目的
（2）指标参数：
型号：4位数字，前两位直径，后两位螺距（in）。
转动惯量：转动惯量越小，控制越灵敏。
桨叶数：2叶桨性能最佳。
安全转速：等同于最大转速。
4．（锂聚合物）电池
指标参数：
满电电压为12V左右。
串并联分别用S与P表示。
容量：单位：毫安时。
放电倍率：充放电电流大小，等于充放电电流/额定容量。
5．电子调速器（电调）
（1）功能：
最基本的功能就是给电机调速，有时充当换向器（无刷电 机）。
（2）指标参数：
电流：持续电流与在x秒内最大电流。
内阻：由焦耳定律知，内阻越大，发热量越大。
兼容性：与电机兼容性不良容易发生堵转现象。
（3）驱动：
方波驱动（数字信号）。
正弦波驱动（模拟信号）。
1.3.2控制与传感系统
1．传感器
下面是无人机常用的传感器：
加速度传感器、陀螺仪磁罗盘传感器、气压传感器、超声定位传感器、光流定位传感器、GPS(BDS)、电流计、空速计、OSD、FPV、数传。
2．飞行控制集成电路板（飞控）
（1）品牌：下面是市面上主流的飞控：
APM、零度智控飞控套件、大疆N3、A3、NAZA、ACE ONE.
（2）地位：飞控是无人机的大脑
1.3.3机载设备系统
机载设备系统对应无人机的功能或用途，常见的机载设备系统是云台，专业无人机则有机载灭火系统，机载空投系统等。
1.4无人机的飞行理论
1.4.1坐标系
坐标系有机体坐标系与地理坐标系两种。
1.4.2运动
无人机在X轴、Y轴、Z轴上进行位移被称为前后运动、左右运动、升降运动，无人机绕X轴、Y轴、Z轴旋转被称为横滚运动、俯仰运动、偏航运动。
1.4.3姿态描述与数学模型
由于姿态描述与数学模型涉及更高层次知识体系，故不加入介绍范围。
2、实践过程
1、组装
1.1人员介绍：
本组组长为于玺，其他组员为刘勃、万泽宇、杨皓天，摄影师为彭博。
1.2组装与调试过程：
共有三次：
（1）第一次组装：
参与人员：于玺、刘勃、万泽宇、杨皓天。
时间：2018.8.3
完成情况：基本组件组装完成。
（2）第二次组装：
参与人员：于玺、万泽宇。
时间：2018.8.4
完成情况：云台加装、调试完成。
（3）第三次检修：
参与人员：于玺、刘勃、万泽宇、杨皓天。
时间：2018.10.1
完成情况：FPV就绪，电池检测良好，耗材充足。
1.3组装图片展示：
图3为所有零件，图4为所有工具，图5是焊接好的PCB板。
图3
图4
图5
1.4成品照片：
图6为云台相机与遥控器接收机特写，图7右下角为无人机，左一左二分别为组员杨皓天、刘勃。
图6
图7
2、试飞
2.1试飞过程的基本信息
（1）时间：2018.10.2.上午九点至下午一点。
（2）天气：晴，西北风5级。
（3）地理位置：赤峰体育中心（图8）南部链球训练场外延及
体育馆二层平台。
图8
2.2分工
飞手：于玺，主摄影师：彭博，地面站监测：万泽宇，取景师：杨皓天观察员、副摄影：刘勃。
参考文献《轻松玩转多旋翼无人机》
参考网站 百度百科、CSDN、www.maigoo.com
地图工具Google Earth
视频处理工具Adobe After Effects、Adobe Premiere Pro
