El rotor, como la rueda, es un invento mágico.
La transformación de un dron cuadricóptero en una cámara aérea ha satisfecho la imaginación del cielo de mucha gente corriente.
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La razón por la que los rotores pueden volar es que los amigos que han jugado con libélulas de bambú deben saber que cuando te frotas las manos y le das una velocidad de rotación a la libélula de bambú, se generará sustentación, lo que permitirá que la libélula de bambú tome apagado.
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Del mismo modo, los drones multirrotor también son impulsados por la rotación de motores, lo que hace que las hélices generen sustentación y vuelo. Por ejemplo, para un UAV de cuatro rotores, cuando la suma de la sustentación de las cuatro hélices de la aeronave es igual al peso total de la aeronave, la sustentación y la gravedad de la aeronave están equilibradas y la aeronave puede flotar en el aire.
Cuando era niño, leía cómics y veía a Doraemon y Nobita volando libremente en el aire llevando libélulas de bambú. Especialmente quiero volar en el aire como ellos y mirar hacia la tierra.
Pero si alguien realmente inventara la misma libélula de bambú ahora, definitivamente no querría usarla. Porque el efecto de volar es el siguiente:
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La hélice gira violentamente y la gente gira violentamente en la dirección opuesta. ...
Nobita se ha convertido en un matón, ¿cómo puede disfrutar del paisaje con Shizuka?
Según la tercera ley de Newton, cuando el rotor gira, también producirá una fuerza de reacción (par de reacción) en el motor, lo que hará que el motor gire en la dirección opuesta. Es por eso que los helicópteros modernos siempre llevan una "pequeña cola" que ejerce una fuerza en dirección horizontal para compensar esta fuerza de reacción y mantener la estabilidad del cuerpo del helicóptero.
Volviendo al cuadricóptero, sus hélices también generarán dicha fuerza, por lo que para evitar el giro loco del avión, las dos hélices adyacentes del cuadricóptero giran en direcciones opuestas.
Como se muestra en la figura siguiente, la flecha roja triangular indica la dirección de la nariz del avión. La dirección de rotación de las hélices M1 y M3 es en sentido contrario a las agujas del reloj, y la dirección de rotación de las hélices M2 y M4 es en el sentido de las agujas del reloj.
Al volar, la fuerza de reacción en sentido antihorario (par de reacción) generada por M2 y M4 compensa la fuerza de reacción en sentido horario (par de reacción) generada por M1 y M3, manteniendo el cuerpo del avión estable y no como Nobita. giro loco".
No solo eso, el vuelo hacia adelante, hacia atrás, de izquierda a derecha o de rotación del multihelicóptero también se logra controlando la velocidad de múltiples hélices:
Elevación vertical
Esto es fácil de entender. Cuando el avión necesita aumentar la altitud, las cuatro hélices giran al mismo tiempo, la sustentación aumenta y el avión se eleva. Del mismo modo, cuando el avión necesite bajar su altitud, las cuatro hélices reducirán su velocidad al mismo tiempo y el avión descenderá.
Al mismo tiempo, se enfatiza que mantener la estabilidad relativa de múltiples velocidades de rotor es muy importante para mantener la actitud del fuselaje del avión. Lo entenderás después de leer y prestar atención~
Gira en el lugar
Como se mencionó anteriormente, cuando la velocidad de cada motor del dron es la misma, el par de reacción del avión es desplazado y no girará.
Sin embargo, podemos utilizar este momento de reacción cuando queramos que el avión gire en su lugar. Las velocidades de rotación de los dos motores M2 y M4 en el sentido de las agujas del reloj aumentan, y las velocidades de rotación de los dos motores M1 y M3 en el sentido contrario a las agujas del reloj disminuyen. Debido al par de reacción, el avión girará en sentido antihorario.
Movimiento horizontal
Los aviones multieje son diferentes de los aviones de pasajeros en los que volamos habitualmente. No tienen hélices perpendiculares al suelo como los aviones de pasajeros, por lo que no pueden generar movimientos horizontales directamente. fuerza para moverse en dirección horizontal.
Por supuesto, esto no puede derrotarnos. Tomemos como ejemplo el cuadricóptero. Cuando sea necesario moverse en la dirección de la flecha triangular, las hélices eléctricas de M3 y M4 aumentarán la velocidad de rotación, mientras que las hélices eléctricas de M1 y M2 disminuirán la velocidad de rotación. Debido a que la sustentación en la parte trasera del avión es mayor que la sustentación en la parte delantera del avión, el avión se inclina hacia adelante.
Cuando está inclinado, la vista lateral es como se muestra a continuación. En este momento, la sustentación generada por la hélice no solo compensa la gravedad de la aeronave en la dirección vertical, sino que también tiene un componente en la dirección horizontal, que acelera la aeronave en la dirección horizontal, lo que hace que la aeronave vuele hacia adelante.
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Por el contrario: cuando se utiliza M1, el motor M2 acelera, los motores M3 y M4 desaceleran, y el avión se inclinará hacia atrás y volará hacia atrás.
De manera similar, cuando los motores M1 y M4 aceleran y los motores M2 y M3 desaceleran, el avión se inclina hacia la izquierda y vuela hacia la izquierda.
Cuando los motores M2 y M3 aceleran, el M1 y M4 Cuando el motor desacelera, el avión se inclina hacia la derecha y vuela hacia la derecha.
Con esta explicación, ¿crees que el principio de vuelo de un multirotor es muy sencillo? ~
De hecho, antes de los multirotores, la gente usaba aviones y helicópteros de ala fija más complejos para la fotografía aérea.
El despegue y aterrizaje de aviones de ala fija tiene requisitos muy altos en el sitio. No puede realizar despegues ni aterrizajes verticales, lo cual es demasiado restrictivo.
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Aunque los helicópteros son pesados y rápidos, sus estructuras son muy complejas y precisas, y la depuración y el mantenimiento de miles de piezas son muy problemáticos.
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En comparación, el principio de vuelo del multirotor es más simple y la estructura del fuselaje es más simple y confiable. Los consumidores pueden comenzar a volar rápidamente sin depuración ni mantenimiento excesivos, por lo que el multirotor rápidamente se hizo cargo de la fotografía aérea. . mercado.
(2) Varios sistemas de drones
Todos estudiamos biología en la escuela secundaria. El cuerpo humano se puede dividir en varios sistemas principales, como el sistema motor, el sistema nervioso, el sistema respiratorio y el sistema digestivo.
Al igual que el cuerpo humano, un dron aéreo multirrotor completo también se puede dividir en los siguientes sistemas: sistema de control de vuelo, sistema de control remoto, sistema de alimentación, sistema de transmisión de imágenes, cardán y cámara aérea.
Sistema de control de vuelo
El sistema de control de vuelo puede considerarse como el cerebro del dron. El controlador de vuelo determina si el avión está flotando o volando y en qué dirección está volando.
¿Cómo controla el control de vuelo la aeronave para mantener su actitud? Esto se debe a que el control de vuelo incluye un "cerebelo", que cuenta con varios sensores. El control de vuelo básico incluye los siguientes sensores:
GPS: se utiliza para obtener información de longitud y latitud de la aeronave para determinar su propia posición;
Barómetro: se utiliza para medir la presión atmosférica actual y obtener la información de altura de la aeronave;
IMU: unidad de medición inercial, que incluye un acelerómetro de tres ejes y un giroscopio de tres ejes, mide la velocidad angular y la aceleración de la aeronave en un espacio tridimensional y luego calcula la actitud del objeto.
Brújula: se utiliza para distinguir la orientación de la aeronave en el sistema de coordenadas mundial, es decir, conecta el sureste, noroeste, frente, atrás, izquierda y derecha de la aeronave.
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Un sistema de control de vuelo
Con el desarrollo de la tecnología, se han añadido más sensores a algunos drones aéreos. Por ejemplo, las ondas ultrasónicas pueden medir la altura precisa cerca del suelo, y el flujo óptico puede ayudar a las aeronaves a posicionarse y flotar en interiores sin GPS.
Después de que los sensores mencionados anteriormente recopilen información, el control de vuelo fusionará los datos, determinará la posición actual, actitud, orientación y otra información de la aeronave, y luego tomará una decisión sobre cómo volar.
Sistema de control remoto
El sistema de control remoto incluye un control remoto en tierra y un módulo receptor en la aeronave. Además de los cuatro canales de cabeceo, balanceo, guiñada y aceleración de los dos joysticks, también incluye funciones como cambiar de modo de vuelo, controlar la rotación del cardán y controlar la cámara para tomar fotografías. Estas instrucciones se transmitirán a la aeronave en forma de señales inalámbricas a través del sistema de transmisión del control remoto, y las señales serán recibidas por el módulo receptor de la aeronave.
La señal de radio convencional actual es una señal de 2,4G.
Mando a distancia y receptor
Sistema de alimentación
El sistema de alimentación incluye el ESC, el motor, las hélices y la batería de alimentación del dron.
Regulador de velocidad electrónico: El nombre completo es regulador de velocidad electrónico, que convierte la energía CC proporcionada por la batería en tres corrientes CA que pueden accionar directamente el motor. Después de recibir las instrucciones del control de vuelo, el control electrónico controla la velocidad del motor para lograr cambios en el ángulo de inclinación de la aeronave.
Motor: El motor convencional actual es un motor sin escobillas. La función del motor es hacer girar la hélice para proporcionar sustentación.
Palas: Las palas se fijan en el eje del motor y giran a medida que gira el motor, elevando el dron y permitiéndole volar.
Alimentación por batería: En la actualidad, los drones de fotografía aérea funcionan mayoritariamente con polímero de litio, y se conectan varias baterías en serie y en paralelo para proporcionar energía para el vuelo.
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Hélices, motores, motores
Sistema de transmisión gráfica
La transmisión de imágenes, como su nombre indica, consiste en transmitir las imágenes vistas en el avión a la pantalla en frente al usuario.
Además de las imágenes, la transmisión de imágenes también transmite datos de vuelo de aviones. Por lo tanto, los usuarios pueden ver imágenes en tiempo real de la aeronave, así como información de altitud y velocidad en la pantalla y la aplicación. La transmisión de imágenes suele utilizar bandas de frecuencia de 5,8G y 2,4G.
Existen dos transmisiones de imágenes comúnmente utilizadas: la transmisión de imágenes analógicas y la transmisión de imágenes digitales. Actualmente, la transmisión de imágenes digitales es más popular entre los consumidores debido a su alta calidad y larga distancia de transmisión.
En la transmisión de imágenes digitales, la tecnología de puente óptico de DJI es la más efectiva, pero recientemente Amimon CONNEX también ha lanzado la transmisión de imágenes digitales de baja latencia. ¿No sabes cómo funciona?
Sistema de transmisión de gráficos
Cabezal de gancho del receptor
Si ha intentado utilizar un teléfono móvil de mano para hacer vídeos de caminatas, encontrará que la imagen está nerviosa. , y el fuselaje del avión La sacudida también provocará inquietud en la pantalla. Para eliminar la inquietud, hay un cardán. El cardán obtiene datos de un acelerómetro de tres ejes y un giroscopio de tres ejes, calcula el ángulo de inclinación y corrige la posición en reversa para mantener la imagen de la cámara nivelada.
El cardán de tres ejes puede eliminar la inquietud en todas las direcciones. Por lo tanto, hay tres motores en el cardán. Por ejemplo, el avión se inclina hacia la derecha y el cardán se inclina hacia la izquierda, manteniéndolo relativamente horizontal con respecto al suelo, logrando así el propósito de estabilizar la imagen.