从飞行力学下去看，多旋翼无人机是靠螺旋桨转速的变化，来调整力和力矩的，从而完成多旋翼无人机的飞行运动控制。但是，对多旋翼无人机的桨叶来说， 一方面，桨叶尺寸越大，越难以迅速改动其速度。也正是由于如此，直升机次要是靠改动桨距而不是速度来改动升力。 另一方面，在大载重下，桨叶的刚性需求进一步进步。不可变距的桨叶上下振动会招致刚性大的桨叶很容易折断，因而，桨叶的柔性是很重要的，它可以增加桨叶来盘旋转对桨叶根部的影响。所以，大载重多旋翼无人机的大桨叶少见。但是，可以经过添加旋翼数量来进步多旋翼的载重才能。[1]在消费级范畴，四旋翼无人机居多，次要是体积小，效率高，在工业级范畴，六旋翼，八旋翼无人机则比拟罕见。

1 总体参数设计

1.1 降落分量

降落时，多旋翼无人机必需能发生大于自身重力的升力，才干使多旋翼无人机分开空中升空。由于多旋翼无人机只能发生无限的升力，因而多旋翼无人机自身的总重必需遭到限制，以保证可以正常降落离地，即机体构造分量和航电设备的总和。

1.2 无效的载荷

是指多旋翼无人机上装载的，为直接完成机体运转要完成的特定义务的仪器、设备等，无效载荷尺寸的大小，直接影响多旋翼无人机的机体总体尺寸。例如，摄像头，吊舱等。

1.3 轴距

多旋翼无人机多采用均布式地位分配方式，对称地位上电机输入轴间隔是影响多旋翼无人机总体尺寸的重要要素，在总体参数设计时需求思索轴距计算能否合理。参考多旋翼无人机对称电机轴距经历公式：[2]

式中：a为螺旋桨尺寸，单位为in；b为换算单位，1in=25.4mm；e为电机系数（依据电机kV值选取经历值）。

1.4 桨尖间隔

支臂相邻的两副螺旋桨之间的气动搅扰是多旋翼无人机的最大弊端。正对着自在来流的两副螺旋桨彼此之间气动搅扰最猛烈，作为多旋翼无人机的典型形态，应计算其互相之间的气动搅扰。桨尖间距评价，可以得出相邻螺旋桨最佳的桨尖间距，以六旋翼无人机算例评价，最佳相邻螺旋桨桨尖间距为0.2R。[3]

1.5 重心地位

在设计时，必需将重心设计到多旋翼无人机的中心轴上。有以下两种重心布置方式，其一，假如多旋翼无人机重心在桨盘立体下方，在前飞形态下，诱导的来流会发生平行于桨盘立体的阻力。阻力构成的力矩会促使多旋翼无人机俯仰角减小，表现为控制愚钝。其二，在前飞形态下，若多旋翼无人机重心在桨盘立体上，那么阻力构成的力矩会促使多旋翼无人机俯仰角比拟发散，其表现为，控制灵敏，机动性高。[4]

在构造上，重心向下和重心向上，都会惹起额定的阻力力矩。形成多旋翼无人机的不波动。这样就需求经过反应控制来调理多旋翼无人机的均衡。假如重心在桨盘立体很靠上的地位，会使多旋翼无人机某个运动模态很不波动。因而，实践中建议将重心接近多旋翼无人机的中心，或许依据需求可以略微靠下，这样飞控控制起来更容易些。

1.6 飞行工夫预算

依据类似机型飞行经历，多旋翼无人机在x（kg）降落分量下正常飞行所需功率在（w），然后依据所选动力零碎的电池组预算飞行工夫，例如：2块6s,22000mah的电池所能发生的最大功为2*6*4.2（v）*22(A.h)=1108.8Wh，多旋翼飞行中，电池普通留有30%的余量，电池所能释放的无效功=1108.8*0.7=776.16Wh，无效飞行工夫（min）为公式为：

2 旋翼零碎选型设计

2.1 螺旋桨

螺旋桨是发生升力的关键部件。其中电机、电调和螺旋桨合理的搭配与设计，可以在相反的升力下耗用更少的电量，这样就能延伸多旋翼无人机的续航工夫。选择最优的螺旋桨是进步续航工夫的一条捷径。[5]

1）型号

假定螺旋桨在一种不能活动的介质中旋转，那么螺旋桨每转一圈，就会向行进一个间隔，就称为螺距。显然，桨叶的角度越大，桨距也越大，角度与旋转立体角度为0，桨距也为0。螺旋桨普通用4个数字表示，其中后面2位是螺旋桨的直径，前面2位是螺旋桨的螺距。比方：1045桨的直径为10英寸，而螺距为4.5英寸。

2）桨叶数

有实验标明，关于多旋翼无人机，2叶桨的功能最优。[6]

3）平安转速

由于多旋翼无人机所运用的螺旋桨都具有一定柔性，所以超越一定转速后，螺旋桨就会发作形变，效率也因此降低。平安转速的计算，要保证在一切能够工况下不超越最高允许转速。

3 动力零碎的选型设计

3.1 无刷电机

最先需求思索的就是其运用的多旋翼无人机的零件分量，需求依据零件分量选择电机的最大拉力（需求婚配螺旋桨）。零件分量最好不要超越电机拉力的五分之二（即电机最大拉力要大于零件分量2.5倍），由于多旋翼无人机除了上升的举措外，还需求完成行进前进，左右横滚，极速行进等举措，并且在有风的环境中需求克制风的阻力。

其次需求关注的是电机的KV值，KV值是每1V电压下电机每分钟空转转速变化率。相反功率的电机，KV值越高，单位电压下转速变化越快，这意味着可完成更快的反响速度；KV值越低，单位电压下转速变化越慢，能输入更大的扭矩。相反功率的电机，选择高KV值的型号可以完成更灵敏的反响速度，只能带小桨。[7]

3.2 电调

无刷刷电机由于取消了碳刷构造，需求能替代碳功用的部件，这个就是电调，电调担任将直流电，转换为三相电，并依据需求控制其电压电流大小，从而驱动无刷电机完成需求的转速输入。在确定电机型号后，依据电机的最大电流，再选择适宜的电调。[]详细地，电调的输入电流必需大于电机的最大电流，而且是越大越好。例如，所选择的电机带桨的最大负载电流是50A，那么电调的最大电流必需是60A，或许80A，电调电流越大，越不容易烧毁。

3.3 电池

多旋翼无人机电池通常是指锂电池，电池贮存的能量，单位为Wh（瓦时），能量（Wh）＝电压（V）×电池容量（Ah）。例如，标识为3.7V/22000mAh的6S电池，其能量为488.4Wh，把2块这样的电池串联，就组成了一个电压是44.4V，容量为22000mAh的电池组，虽然没有进步电池容量，但总能量确进步了2倍。

放电倍率（C）是指在规则工夫内放出其额外容量（Q）时所需求的电流值，它在数值上等于电池额外容量的倍数。放电倍率决议了电池的放电电流（A），例如，关于容量为24Ah，放电倍率5C的电池，它的放电电流就是120A。假如其放电倍率为2C，0.5小时放电终了；用12A充电，假如其充电倍率为0.5C，2小时充电终了。

电池次要参数：电压+容量+放电倍率来确定放电继续电流，例如：3S(11.1V),4200mAh,30C放电继续电流为126A。

3.4 综合选型

在配对选型时，一方面，电池电流继续输入要大于电调最大继续电流，按上述电池3S电池，电调就可以选择80A或许100A，另一方面，电池电压要小于电调最高承载电压。

电机任务电压由电调决议，而电调电压由电池输入决议，所以电池的电压要小于电机的最大电压，而且，电机能接受的最大电压要大于电调最大电压。

4 工业设计

首先，采用集成化产品化设计思绪，对多旋翼无人机的外型停止契合产品特点的设计，外型线条丰厚多变，曲面与立体得运用与交融具有创新性与艺术性。然后，融入公司特征，全体作风一致，确定全体外观配色方案，进步产品的市场价值。最初，完成外观模型以及概念设计原型的制造。 参考后期文章《从工业设计角度谈多旋翼无人机设计》。

5 构造设计

依据总体参数和外观设计要求，首先，要从产品加工角度和气动剖析角度评价外观外型的构造合感性，其次，需求评价和控制多旋翼无人机构造总体分量，为总体参数重复论证提供根据。再次，需求对所选的器件（或设计）停止合理的总体布置与设计。最初，依据多旋翼无人机的构造功用需求详细构造设计。次要是从如下几方面动手。第一，多旋翼无人机本体构造强度。在满足多旋翼无人机各种运开工况的状况下，应使构造设计向轻量化。第二，构造设计再不影响外观的创新性的状况下，尽量设计合理的零部件，满足现有加工工艺程度，降低构造工艺程度，从而降低本钱。第三，功用性设计，满足多旋翼无人机构造动力学设计要求，剖析运动部件的牢靠性与动特性。第四，对外部电气构造及走线设计，满足电气构造的三防，上下温，电磁兼容等牢靠性设计要求。第五，减震设计，在多旋翼无人机上，关于震动特别敏感传感器，需求做减震处置，否者会影响到零件的的控制精度。

参考文献

[1] 付松源.系留多旋翼无人机及其在战术通讯中的使用[J].电子技术使用，2018(4):14-17,22.

[2] 聂营.王生.杨燕初.螺旋桨净推力数值模仿与实验比照剖析[J]. 计算机仿真，2009(3):103-107.

[3] 蒋晓莉.杨士普.螺旋桨飞机滑流机理剖析[J].民航飞机设计与研讨，2009(4):34-38.

[4] 杨少沛.刘建中.风景互补发电零碎在无人机中的使用[J].科技创新与消费力，2017(2):89-91.

[5,6,7,8] 源于网络

来源：飞机E族，原载地址：http://www.feijizu.com/news/20191019/234457.html欢迎分享本文！