无人机研究与制作
<p>无人机研究与制作</p><p>作 者：于 玺（高二五班无人机研制组组长）<br/></p><p>班 级：高二（5）班<br/></p><p>摘 要<br/></p><p>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。<br/></p><p>关键词 无人机1.理论探究</p><p>1.1概念与分类</p><p>1.1.1无人机的概念</p><p>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。<br/></p><p>1.2.1无人机的分类<br/></p><p>（1）按飞行平台构型划分<br/></p><p>固定机翼无人机<br/></p><p>多旋翼无人机<br/></p><p>无人直升飞机<br/></p><p>无人飞艇<br/></p><p>伞翼无人机<br/></p><p>扑翼无人机<br/></p><p>（2）按用途及价格段位划分<br/></p><p>穿梭无人机<br/></p><p>航拍无人机<br/></p><p>准专业无人机<br/></p><p>专业无人机<br/></p><p>1.2成品无人机公司排行榜（图1）<br/></p><p style="margin: 0pt; padding: 0px; border: 0px; font-family: 微软雅黑; font-size: medium; color: rgb(34, 34, 34); line-height: 36px; text-indent: 0em; white-space: normal; background-color: rgb(255, 255, 255); text-align: center;"><br/></p><p><img src="/upload/image/20231122/1700627739144193.jpeg" alt="949ac203dc8e4f61.jpeg"/></p><p>1.3无人机的结构与组成部件</p><p><br/></p><p> 笔者根据无人机部件的功能，将结构大体分为三大系统：</p><p><br/></p><p>结构与动力系统</p><p><br/></p><p>控制与传感系统</p><p><br/></p><p>机载设备系统</p><p>1.3.1结构与动力系统<br/></p><p><br/></p><p>1．机架、起落架与布置形式</p><p><br/></p><p>机架有F450、F550等形式。</p><p><br/></p><p>起落架是无人机起飞与降落的重要部件。</p><p><br/></p><p>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）</p><p><img src="/upload/image/20231122/1700627794192952.png" alt="d4942abaca130f61.png"/></p><p>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。 </p><p>2．电动机<br/></p><p>（1）本组无人机采用的是外转子直流电动机。<br/></p><p><br/></p><p> 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。</p><p>（2）指标参数：<br/></p><p>型号：4位数字，前两位转子直径，后两位转子高度。<br/></p><p>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。<br/></p><p>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。<br/></p><p>磁极数：磁极数越多，转速越低，转矩越大。</p><p>3．螺旋桨</p><p><br/></p><p>（1）以追求效率为第一目的</p><p><br/></p><p>（2）指标参数：</p><p>型号：4位数字，前两位直径，后两位螺距（in）。<br/></p><p><br/></p><p>转动惯量：转动惯量越小，控制越灵敏。</p><p><br/></p><p>桨叶数：2叶桨性能最佳。</p><p><br/></p><p>安全转速：等同于最大转速。</p><p><br/></p><p><br/></p><p><br/></p><p> 4．（锂聚合物）电池</p><p><br/></p><p>指标参数：</p><p>满电电压为12V左右。<br/></p><p><br/></p><p>串并联分别用S与P表示。</p><p><br/></p><p>容量：单位：毫安时。</p><p>放电倍率：充放电电流大小，等于充放电电流/额定容量。<br/></p><p><br/></p><p> 5．电子调速器（电调）<br/></p><p><br/></p><p>（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）。</p><p><br/></p><p>（2）指标参数：电流：持续电流与在x秒内最大电流。</p><p><br/></p><p>内阻：由焦耳定律知，内阻越大，发热量越大。</p><p><br/></p><p>兼容性：与电机兼容性不良容易发生堵转现象。</p><p><br/></p><p><br/></p><p><br/></p><p>（3）驱动：方波驱动（数字信号）。</p><p><br/></p><p>正弦波驱动（模拟信号）。</p><p><br/></p><p> 1.3.2控制与传感系统</p><p>1．传感器<br/></p><p><br/></p><p> 下面是无人机常用的传感器：</p><p><br/></p><p>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。</p><p><br/></p><p><br/></p><p><br/></p><p>2．飞行控制集成电路板（飞控）</p><p><br/></p><p><br/></p><p><br/></p><p>（1）品牌：下面是市面上主流的飞控：</p><p><br/></p><p> APM、零度智控飞控套件、大疆N3、A3、NAZA、ACE ONE.</p><p>（2）地位：飞控是无人机的大脑<br/></p><p>1.3.3机载设备系统<br/></p><p><br/></p><p>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。</p><p><br/></p><p> </p><p><br/></p><p>1.4无人机的飞行理论</p><p><br/></p><p><br/></p><p><br/></p><p>1.4.1坐标系</p><p><br/></p><p>坐标系有机体坐标系与地理坐标系两种。</p><p><br/></p><p><br/></p><p><br/></p><p>1.4.2运动</p><p><br/></p><p>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。</p><p><br/></p><p><br/></p><p><br/></p><p>1.4.3姿态描述与数学模型</p><p><br/></p><p>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。</p><p><br/></p><p> </p><p><br/></p><p>2、实践过程</p><p><br/></p><p>1、组装</p><p><br/></p><p> 1.1人员介绍：</p><p><br/></p><p> 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。</p><p><br/></p><p>1.2组装与调试过程：</p><p><br/></p><p>共有三次：</p><p><br/></p><p>（1）第一次组装：</p><p><br/></p><p>参与人员：于玺、刘勃、万泽宇、杨皓天。</p><p><br/></p><p>时间：2018.8.3</p><p><br/></p><p>完成情况：基本组件组装完成。</p><p><br/></p><p>（2）第二次组装：</p><p><br/></p><p>参与人员：于玺、万泽宇。</p><p><br/></p><p>时间：2018.8.4</p><p><br/></p><p>完成情况：云台加装、调试完成。</p><p><br/></p><p>（3）第三次检修：</p><p><br/></p><p>参与人员：于玺、刘勃、万泽宇、杨皓天。</p><p><br/></p><p>时间：2018.10.1</p><p><br/></p><p>完成情况：FPV就绪，电池检测良好，耗材充足。</p><p><br/></p><p> 1.3组装图片展示：</p><p><br/></p><p>图3为所有零件，图4为所有工具，图5是焊接好的PCB板。</p><p><img src="/upload/image/20231122/1700627833158130.jpeg" alt="481b6bbeabae1761.jpeg"/><img src="/upload/image/20231122/1700627841733601.jpeg" alt="25929d57255fee01.jpeg"/><img src="/upload/image/20231122/1700627847525980.jpeg" alt="2122db2ce151ee01.jpeg"/></p><p> 1.4成品照片：</p><p><br/></p><p>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。</p><p><img src="/upload/image/20231122/1700628012750385.jpeg" alt="134d3d03b42bee01.jpeg"/><img src="/upload/image/20231122/1700628019986388.jpeg" alt="da4639f486683740.jpeg"/></p><p>2、试飞</p><p>2.1试飞过程的基本信息<br/></p><p>（1）时间：2018.10.2.上午九点至下午一点。<br/></p><p>（2）天气：晴，西北风5级。<br/></p><p>（3）地理位置：赤峰体育中心（图8）南部链球训练场外延及<br/></p><p>体育馆二层平台。<br/></p><p><img src="/upload/image/20231122/1700628055487194.jpeg" alt="960d0ddc3eb09740.jpeg"/></p><p style="margin: 0pt; padding: 0px; border: 0px; font-family: 微软雅黑; font-size: medium; color: rgb(34, 34, 34); line-height: 36px; white-space: normal; background-color: rgb(255, 255, 255); text-align: justify; text-indent: 2em;"><span style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px;"> </span><span style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px; text-indent: 56pt;">2.2分工</span></p><p style="margin: 0pt 0pt 0pt 73.5pt; padding: 0px; border: 0px; font-family: 微软雅黑; font-size: medium; color: rgb(34, 34, 34); line-height: 36px; white-space: normal; background-color: rgb(255, 255, 255); text-align: justify; text-indent: 12pt;"><span style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px;">飞手：于玺</span><span style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px;">，</span><span style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px;">主摄影师：彭博</span><span style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px;">，</span><span style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px;">地面站监测：万泽宇</span><span style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px;">，</span><span style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px;">取景师：</span><span style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px;">杨皓天</span><span style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px;">观察员、副摄影：刘勃</span><span style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px;">。</span></p><p style="margin: 0pt; padding: 0px; border: 0px; font-family: 微软雅黑; font-size: medium; color: rgb(34, 34, 34); line-height: 36px; white-space: normal; background-color: rgb(255, 255, 255); text-align: justify; text-indent: 48pt;"><span style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px;"> </span><span style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px;"> </span></p><p style="margin: 0pt; padding: 0px; border: 0px; font-family: 微软雅黑; font-size: medium; color: rgb(34, 34, 34); line-height: 36px; white-space: normal; background-color: rgb(255, 255, 255); text-align: justify;"><span style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px;"> </span>参考文献《轻松玩转多旋翼无人机》</p><p style="margin: 0pt; padding: 0px; border: 0px; font-family: 微软雅黑; font-size: medium; color: rgb(34, 34, 34); line-height: 36px; white-space: normal; background-color: rgb(255, 255, 255); text-align: justify;"><span style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px;">参考网站</span><span style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px;"> </span><span style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px;">百度百科</span><span style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px;">、</span><span style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px;">CSDN</span><span style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px;">、w</span><span style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px;">ww.m</span><span style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px;">aigoo.com</span></p><p style="margin: 0pt; padding: 0px; border: 0px; font-family: 微软雅黑; font-size: medium; color: rgb(34, 34, 34); line-height: 36px; white-space: normal; background-color: rgb(255, 255, 255); text-align: justify;"><span style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px;">地图</span><span style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px;">工具</span><span style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px;">Google Earth</span></p><p style="margin: 0pt; padding: 0px; border: 0px; font-family: 微软雅黑; font-size: medium; color: rgb(34, 34, 34); line-height: 36px; white-space: normal; background-color: rgb(255, 255, 255); text-align: justify;"><span style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px;">视频处理工具</span><span style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px;">Adobe After Effects</span><span style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px;">、</span><span style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px;">Adobe Premiere Pro</span></p><p><br/></p>
