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四轴飞行器初步——器件选择

2023-05-16

--------电机

                 

                                                                                 图1     

   

                                                                            图2

     四轴飞行器可以采用无刷电机（图1），也可以采用有刷电机（图2）。前者载重能力强，一般用于稍大型的多轴飞行器。后者一般用于小型四轴飞行器，如crazyflie.如图2，有刷电机控制比较简单，只需要两根线控制正负极，转速和电压正比。而无刷电机则有三根线，需要加电子调速器（ESC）。我们主要说的就是无刷电机。

---2202/2212等的意义

    电机上标注的2202或2212或其他值表示的是定子的尺寸和长度，如2208，定子线圈(含硅钢片 的直径，08是定子线圈的高度 。

---KV值

    KV值是每1V电压下电机每分钟空转的转速，也就是说，电机的转速（空载）=KV值X电压；例如1000KV的电机在10V电压下它的转速（空载）就是10000转/分钟。KV值小，同样的电压下，转速就相对慢，扭力大，适合带比较大的桨。相反KV值大对应扭力就小，只能带比较小的桨。网上有见过KV

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--------桨的选择

---螺旋桨工作原理（http://jpkc.nwpu.edu.cn/dzjc/yuleigl/wlkt/ch09/9.2/9.2.2.html）

                      

   图3

                       

                                   图4

如图3，这是固定翼飞行器的起飞原理。机翼上面的空气流速大于下面的空气流速，那么机翼上面的气压就小于下面，形成压力差之后对飞机机翼有一个向上的托举的力。同时应注意到此时水平方面还有阻力X。 其实螺旋桨类似于一个旋转的机翼，不过有时候为了增大托举力，螺旋桨还要做的有一定的攻角，如图4. 这样就可以保证飞行器能够垂直向上飞起来了。

---螺旋桨的参数定义（http://junior.cyhs.tp.edu.tw/shuwd/Aircraft%20Dynamics/chapter5-2.htm）

                                                    

                                                                              图5 

如图5所示，我们见到的桨有时会标注8045,1147等，这里的数字是两位两位的看的。前面两位代表螺旋桨旋转直径，后面两位代表螺距（我们仔细观察螺旋桨很像螺柱的一部分，这里的螺距的定义也是类似的），当然这的单位都是英寸（1英寸=2.54厘米）。例如1147的就是旋转直径11英寸，螺距为4.7英寸的桨。

--------电池参数

---2s 3s 

    这里的2s，3s或者4s，你可以理解为两个，三个或者4个电池串联，串联有增大电压的作用，比如2s的电压是7.4V，3s的电压可以达到11.1V。

---mah

    常见的电池有标称1500mah，这里的意思是以1500ma的电流大小放电，能够放一个小时。这个单位主要根据电荷量来描述电池的容量，如果要计算能量则还要乘以对应的电压。

---放电倍率 C

 这个参数主要表征电池的放电快慢，单位是1/h. 例如有电池参数为2200mah 标注20C，意思是这种电池能够在1/20h的时间里，放完所有的电量，也就是说，2200mah的电池，能够在3分钟内完全放光所有的电。我们据此可以计算电池持续工作时能够承受的最大电流，举刚才的例子，2200mah的能量在1/20h内放完电，则承受的电流为2200mah /   (1/20) h=4400ma=44A。

--------电机、桨、电池的匹配经验

                      

这幅图截取自淘宝上的一家产品，可以据此大概感受一下电机和螺旋桨的匹配关系。

网上很多朋友根据经验也给出了电机和桨的配置：

1.（http://tieba.baidu.com/p/3091095704）

3S电池1.8KG以下可用2216KV800电机搭配APC1147桨。
3S电池2KG以下可用2810KV750电机搭配APC1238桨。
3S电池2.5KG以下可用2814KV700电机搭配APC1340桨

4S电池2.5KG以下可用2814KV600电机搭配APC1340桨
3110KV650电机搭配APC1238桨
3508KV580/KV700电机搭配DJI1555/APC1540桨。
4108KV480/KV600电机搭配APC1447/APC1540桨

6S电池，3KG以下可用3508KV380电机搭配DJI1555桨
4108KV380电机搭配DJI1555桨
4010KV320电机搭配DJI1555桨
4008KV400电机搭配APC1447桨

2.（http://wenku.baidu.com/view/610ba902fc4ffe473368ab78.html）

3S电池下 
KV900-1000的电机配1060或1047浆，9寸浆也可 
KV1200-1400配9050（9寸浆）至8*6浆 
KV1600-1800左右的7寸至6寸浆 
KV2200-2800左右的5寸浆 
KV3000-3500左右的4530浆 
2S电池下 
KV1300-1500左右用9050浆
KV1800左右用7060浆 
KV2500-3000左右用5X3浆
KV3200-4000左右用4530浆

--------飞控

目前市面上比较常见的飞控有KK，玉兔，匿名，Openpilot，APM等等，有很多都是开源的，非常利于调试。附上一些资料，这里面对比的还是比较详细的。当然如果觉得不过瘾还可以自己开发，主要涉及无线通信，IMU数据读取分析，MCU程序调试，控制算法等等。

http://blog.sina.com.cn/s/blog_702b22990101ngrn.html

http://tieba.baidu.com/p/2276991264







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