共軸矢量動(dòng)力無(wú)人飛行運(yùn)載平臺(tái)實(shí)施方案

李玉偉 張學(xué)宇

摘? 要：無(wú)人機(jī)作為一種新興飛行器，由于它穩(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛的使用，本款以共軸矢量電機(jī)為動(dòng)力的無(wú)人飛行器，該飛行器利用共軸反轉(zhuǎn)電機(jī)、矢量動(dòng)力模塊、特殊飛行平臺(tái)與載物倉(cāng)的完美結(jié)合，來(lái)完成飛行運(yùn)載。

關(guān)鍵詞：飛行器;共軸矢量;運(yùn)載

本飛行器是一款自主研發(fā)的穩(wěn)定的、快速的運(yùn)載型飛行器，總體包括：機(jī)體、矢量動(dòng)力模塊、倉(cāng)儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)發(fā)射和接收模塊、飛行控制模塊、電源模塊和無(wú)線電遙控設(shè)備等。通過不斷的開發(fā)與研究，設(shè)計(jì)出一種共軸矢量動(dòng)力無(wú)人飛行平臺(tái)，矢量動(dòng)力系統(tǒng)可以進(jìn)行全方位旋轉(zhuǎn)，擁有獨(dú)立自由度。矢量無(wú)人機(jī)用途廣泛，機(jī)動(dòng)性能好，耗能小等特點(diǎn)。操控極為方便，受起降場(chǎng)地限制較小。

一、項(xiàng)目背景及設(shè)計(jì)初衷

一提起無(wú)人機(jī)，第一個(gè)畫面一定是一個(gè)四旋翼的形狀，仿佛世界上所有的無(wú)人機(jī)都脫離不了四旋翼的陰影。據(jù)報(bào)道，加拿大工程師Omar Eleryan和Simon Czarnota曾對(duì)一架普通的無(wú)人機(jī)進(jìn)行操作試飛，普通無(wú)人機(jī)都存在一定的問題：聲音大、系統(tǒng)控制不好、及操作延遲。加拿大工程師們進(jìn)行了改良，組建了Cleo Robotics團(tuán)隊(duì)，并推出了一款甜甜圈形的外形Cleo無(wú)人機(jī)。本設(shè)計(jì)為愛好者及廣大群體進(jìn)行思維的拓展，改變大家對(duì)無(wú)人機(jī)傳統(tǒng)的認(rèn)知。

二、設(shè)計(jì)理念

在本次運(yùn)載飛行器設(shè)計(jì)當(dāng)中，結(jié)合直升機(jī)與火箭的形態(tài)特征，對(duì)多旋翼無(wú)人機(jī)加以改造。

機(jī)身采用了高分子聚合物為材料，質(zhì)地輕，化學(xué)性穩(wěn)定，不會(huì)銹蝕，耐沖擊性好;具有較好的透明性和耐磨耗性;絕緣性好，導(dǎo)熱性低;這樣飛行時(shí)的空氣阻力小，飛行狀態(tài)穩(wěn)定。貨物裝載方式采用貨運(yùn)集裝箱的方式。做到靈活的運(yùn)載與投放功能，如救援，把基本生活、藥品等放到人暫時(shí)不能去的地方。

三、作品要求

飛行穩(wěn)定，維修方便;價(jià)格低廉，既輕盈又堅(jiān)固;信號(hào)抗干擾性強(qiáng)。操作簡(jiǎn)單，使用方便;飛行速度快，并有一定的載重能力;電機(jī)數(shù)量更少，效率更高;攜帶方便，安全耐用;位置精度高，通用性強(qiáng)，能適應(yīng)多種作業(yè);工藝性好，便于維修調(diào)整。

四、設(shè)計(jì)特點(diǎn)

無(wú)人機(jī)以目前較流行的開源飛控為核心控制，高分子聚合物材料為載體，并選用航空層板為支撐，輔以運(yùn)載系統(tǒng)，硬件上由飛控電路，電源管理，通信模塊，動(dòng)力系統(tǒng)，機(jī)架，投放系統(tǒng)組成，加上成熟的開源飛控，配合共軸雙槳矢量電機(jī)穩(wěn)定工作，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)飛行。機(jī)身具有靈活輕盈，延展性高，適應(yīng)性強(qiáng)好等特點(diǎn)。配合GPS定位，矢量系統(tǒng)的靈活性，，載物倉(cāng)承載能力大、剛性好、自重輕、通用性強(qiáng)等.

五、功能用途

運(yùn)載飛行器具有高度靈活性，起飛降落不受環(huán)境因素影響，能夠攜帶一些重要的設(shè)備從空中完成特殊任務(wù)，如運(yùn)載飛行、航拍、定點(diǎn)投放、空中監(jiān)測(cè)、空中監(jiān)視、空中轉(zhuǎn)信、空中喊話、緊急救援等。在執(zhí)行特殊任務(wù)時(shí)，生存能力強(qiáng)，機(jī)動(dòng)性能好，使用方便，在處理自然災(zāi)害、事故災(zāi)難以及社會(huì)安全事件等方面能發(fā)揮出重要作用，很多平民也開始接觸無(wú)人機(jī)，民用開始，植保，穿越飛行，以及到現(xiàn)在最主流的運(yùn)載無(wú)人機(jī)。

六、作品部分介紹

本飛行器是一款自主研發(fā)的穩(wěn)定的、快速的運(yùn)載型飛行器，總體包括：機(jī)體、矢量模塊、倉(cāng)儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)發(fā)射和接收模塊、飛行控制模塊、電源模塊、動(dòng)力模塊和遙控設(shè)備等。

共軸矢量無(wú)人機(jī)的螺旋槳可以進(jìn)行全方位旋轉(zhuǎn)，擁有獨(dú)立自由度。失量無(wú)人機(jī)用途廣泛，機(jī)動(dòng)性能好，耗能小等特點(diǎn)。操控極為方便，受起降場(chǎng)地限制較小。操作人員可在地面實(shí)施控制飛行作業(yè)。

七、操作說(shuō)明

飛行器飛行前準(zhǔn)備

1、開機(jī)順序：先將遙控器開啟，再將飛行器通電。關(guān)機(jī)順序：先關(guān)閉飛行器電源，在關(guān)閉遙控器。

2、檢查螺旋槳的正反（如果螺旋槳安裝錯(cuò)誤，請(qǐng)?jiān)诟鼡Q后進(jìn)行飛行），檢查螺旋槳是否有松動(dòng)，如有松動(dòng)請(qǐng)上緊。

3、當(dāng)飛行器在飛行時(shí)出現(xiàn)故障，請(qǐng)立即降落或在原地懸停，降落后立即斷開電源。

操作方法

飛行時(shí)要先測(cè)試多軸飛行模式，因?yàn)殡姍C(jī)搭配及搖桿行程不同，首次試飛并具有一定的危險(xiǎn)性。

首先將飛機(jī)平放，通過開關(guān)控制解鎖油門，推約1/3油門，看電機(jī)及俯仰動(dòng)作是否會(huì)正常修正。油門約推到半油門，同時(shí)看兩電機(jī)修正橫滾的力是否適宜，否則更改橫滾相關(guān)的參數(shù);看舵面修正俯仰的幅度大小和響應(yīng)快慢是否適宜，否則更改俯仰相關(guān)的參數(shù)。新手需要在模擬器上進(jìn)行多旋翼無(wú)人機(jī)飛行訓(xùn)練，在掌握正確飛行技巧后，即可嘗試雙旋翼飛行器的正常飛行模式。

八、后續(xù)工作計(jì)劃

今后將會(huì)在機(jī)身材料上進(jìn)行升級(jí)與改進(jìn)，如選用碳纖維材料，采用三角支撐框架，動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行全面升級(jí)，優(yōu)化飛控算法，設(shè)計(jì)可便攜機(jī)身結(jié)構(gòu)。進(jìn)行功能模塊升級(jí)，加裝Rtk厘米級(jí)定位、紅外感應(yīng)功能、視覺定位系統(tǒng)、自動(dòng)跟隨與FPA模式（第一人稱視角）。

可編程線路規(guī)劃與定點(diǎn)巡航，自動(dòng)飛行模式、實(shí)時(shí)傳輸飛行器狀態(tài)數(shù)據(jù)與飛行環(huán)境與多架飛行器同時(shí)作業(yè)。

參考文獻(xiàn)

[1]? 何華國(guó) 無(wú)人機(jī)飛行訓(xùn)練[M].高等教育出版社，2017：9-33.

[2]? 陳志旺 四旋翼飛行器快速上手[M]：電子工業(yè)出版社2017：45-56