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1、四旋翼飞行器结构和原理1.结构形式旋翼对称分布在机体的前后、左右四个方向，四个旋翼处于同一高度平面，且四个旋 翼的结构和半径都相同，四个电机对称的安装在飞行器的支架端，支架中间空间安放飞行控 制 计 算 机 和 外 部 设 备 。 结 构 形 式 如 图 1.1 所 示 。旋翼-电和2支架电和3电和图VL四旋翼飞右器品结构形式飞齐控制计算机.工作原理四旋翼飞行器通过调节四个电机转速来改变旋翼转速，实现升力的变化，从而控制飞 行器的姿态和位置。四旋翼飞行器是一种六自由度的垂直升降机，但只有四个输入力，同时 却有六个状态输出，所以它又是一种欠驱动系统。四旋翼飞行器的电机 1 和电机 3 逆时针旋转
2、的同时，电机 2 和电机 4 顺时针旋转， 因此当飞行器平衡飞行时，陀螺效应和空气动力扭矩效应均被抵消。在上图中，电机 1 和电机 3 作逆时针旋转，电机 2 和电机 4 作顺时针旋转，规定 沿 x 轴正方向运动称为向前运动，箭头在旋翼的运动平面上方表示此电机转速提高，在下 方表示此电机转速下降。（1）垂直运动：同时增加四个电机的输出功率，旋翼转速增加使得总的拉力增大，当总拉 力足以克服整机的重量时，四旋翼飞行器便离地垂直上升；反之，同时减小四个电机的输出 功率，四旋翼飞行器则垂直下降，直至平衡落地，实现了沿 z 轴的垂直运动。当外界扰动 量为零时，在旋翼产生的升力等于飞行器的自重时，飞行器便
3、保持悬停状态（2）俯仰运动：在图（b ）中，电机1的转速上升，电机3的转速下降（改变量大小应相 等），电机 2、电机 4 的转速保持不变。由于旋翼1 的升力上升，旋翼 3 的升力下降，产 生的不平衡力矩使机身绕 y 轴旋转，同理，当电机 1 的转速下降，电机 3 的转速上升， 机 身 便 绕 y 轴 向 另 一 个 方 向 旋 转 ， 实 现 飞 行 器 的 俯 仰 运 动（3）滚转运动：与图 b 的原理相同，在图 c 中，改变电机 2 和电机 4 的转速，保持电 机 1 和电机 3 的转速不变，则可使机身绕 x 轴旋转（正向和反向），实现飞行器的滚转运 动。（4）偏航运动：旋翼转动过程中由于
4、空气阻力作用会形成与转动方向相反的反扭矩，为了 克服反扭矩影响，可使四个旋翼中的两个正转，两个反转，且对角线上的各个旋翼转动方向 相同。反扭矩的大小与旋翼转速有关，当四个电机转速相同时，四个旋翼产生的反扭矩相互 平衡，四旋翼飞行器不发生转动；当四个电机转速不完全相同时，不平衡的反扭矩会引起四 旋翼飞行器转动。在图 d 中，当电机 1 和电机 3 的转速上升，电机 2 和电机 4 的转速 下降时，旋翼 1 和旋翼3 对机身的反扭矩大于旋翼2 和旋翼4 对机身的反扭矩，机身便在 富余反扭矩的作用下绕z轴转动，实现飞行器的偏航运动，转向与电机1、电机3的转向相反。（5）前后运动：要想实现飞行器在水平面内前后、左右的运动，必须在水平面内对飞行器 施加一定的力。在图e中，增加电机3转速，使拉力增大，相应减小电机1转速，使拉力 减小，同时保持其它两个电机转速不变，反扭矩仍然要保持平衡。按图 b 的理论，飞行器 首先发生一定程度的倾斜，从而使旋翼拉力产生水平分量，因此可以实现飞行器的前飞运动。向后飞行与向前飞行正好相反。（在图 b 图 c 中，飞行器在产生俯仰、翻滚运动的同时也会产生沿x、y轴的水平运动。）（6）倾向运动：在图 f 中，由于结构对称，所以倾向飞行的工作原理与前后运动完全一样。
多旋翼飞行原理
