一种持续续航的互联网无人机的制作方法_3

文档序号:9886997阅读:来源:国知局
ronicspeed controller,简称ESC。针对电机不同,可分为有刷电子调速器和无刷电子调速器。它根据控制信号调节电动机的转速。本飞行器就是通过遥控对无刷电子调速器的控制以达到调整飞行器的各种飞行姿态和动作。电调参数:输出能力,例如:80A;电调的输出为三?四个舵机供电是没问题的
4、电池:模型动力的电池种类很多,镍氢(N1-MH)、镍锰(Ni 0H-Mn02 )、锂金属(Li)、锂聚合物(L1-Poly)等电池都行。但为了减少重量,提高电量,我们采用高性能锂离子聚合物电池组;它的参数:电压+容量+放电倍率,例如:3S( 11.1V),4200mAh,30C
a、电池容量:举例5200mAh,意味着以5.2A电流放电,可以放I小时。
[0040]b、放电能力:30C电池,指的是电池的放电能力。对于30C电池,最大持续放电电流为:电池容量X放电C。例如:5200MA,30C电池,则最大的持续电流就是=5.2X30=156A(安培)。如果该电池长时间超过156安或以上电流工作,那么电池的寿命会变短。
[0041 ] C、电压:对于电池的单片电压,充满电时应为4.15-4.20较合适(3S电池,就是3个单片电压串接,就是4.20 V *3个,对应12.6V),用后的最低电压为单片3.7以上(3S对应
11.1V,切记不要过放),长期不用的保存电压最好为3.9(3S对应11.7V)。为了提高飞行器续航能力,我们会选择电池容量大的,但本身电池的重量太重,反而降低续航时间。需要注意的是,电池的串联和并联要求单节电池或电池组的性能一致,这是因为在电路中如果有个别电池的电压过低,其它电池就会为它充电,那总电压或总电流就会低于我们的要求,同时也会造成好电池的损坏,这也是为什么锂电池要用平衡充电的原因。充电过程对电池的寿命有相当大的影响。一般来说,电池的充电时间是和充电器的电流相关联的。所以,对于16000mAH的电池,充电电压是它的额定电压,充电器的电流是5000毫安,那么充电时间就等于16000+ 5000=3.2小时。但这只是说从零电压充起情况下的,属于理想状态,实际的充电时间还要看蓄电池的时间电量。但这不能说明使用大电流充电就能节约时间,实验证明,大电流充电会对电池的性能造成一定程度的破坏。
[0042]5、电机:传统的有刷直流电动机具有刷换方向设备、是以机械方式进行换向,存在噪声、火花及寿命短等缺点。微型无刷直流电动机采用的是电子换向,其输出功率和效率较高,同时噪音小、可控性强、寿命较长并无其他明显缺点,本次设计所选定的是无刷直流电机。它的参数:最大电流(A),最大电压(V),KV值.例如:2860,最大电流80A,最大电压17V, 3400KV。
[0043]相同的电机,不同的KV值,用的螺旋桨也不一样,每个电机都会有一个推荐的螺旋桨。相对来说螺旋桨配得过小,不能发挥最大推力;螺旋桨配得过大,电机会过热,会使电机退磁,造成电机性能的永久下降;
a、电机KV值:大KV配小桨,小KV配大桨。KV值是每IV的电压下电机每分钟空转的转速,例如KV800,在IV的电压下空转转速是800转每分钟。1V的电压下是8000转每分钟的空转转速。
[0044]?绕线匝数多的,KV值低,最高输出电流小,但扭力大,可带更大的桨,震动也小;
?绕线匝数少的,KV值高,最高输出电流大,但扭力小,只能带小桨,但效率高;
b、电机型号:定子粗的,力气大。电机型号,如2212,3508,4010,这些数字表示电机定子的直径和高度。前面两位是定子直径,后面两位是定子高度,单位是毫米。前两位越大,电机越肥,后两位越大,电机越高。又大又高的电机,力气大,效率高,价格贵,而且电机自重就会很大。为了驱动力增大,必须将每个单元输出的力a变为n*a,由安培力F=BIL可知,相当于增大了电流或者导线长度,考虑到硅钢片的磁化曲线,为了输出同样的转速和扭矩,缩小电机的半径,即使增加了响应的定子高度,也会造成硅钢片接近磁饱和导致的效率降低、电流增大导致效率降低和绕线困难等问题。所以我们设计采用盘式电机(又名铃铛电机)。电机的槽数在理论上是越多越好的。该电机的磁路长度非常短,采用扁平的外形,定子高度也非常小,这样有利于用较小的电流产生较大的扭矩和较低的转速,才能与大直径低转速螺旋桨匹配。
[0045]c、电机效率:3?5A,效率高;效率的标注方式是:g/W(克/每瓦)电机的功率和拉力并不是成正比的,也就是说50W的时候450g拉力,100W的时候就不是900g了,可能只有700g。具体效率查电机的效率表。
[0046]电机能耗管理:为了节约能耗,提高效率。我们使用比较大直径螺旋桨,从而提高螺旋桨效率和电机效率。现在行业使用的开环方案(飞行控制系统只管控制电调的PWM值,不管电机转速是否随之升高,只是由陀螺仪来判别飞行器的姿态),电机频繁做变速运动引起的额外能量损耗。现在无人机多轴动力系统在微风的时候这部分损耗高达25%左右,风力风向如果剧烈变化这部分损耗则变得更大。为此我们设计电调输出的导线有6根,比较粗一点的应该是电源线,其余四根应为信号线,采用串口或者其他方式与飞行控制系统进行双向通信,飞行控制系统可以给电调发送指令,电调也可以将动力系统的信息(比如电机的转速)反馈给飞行控制系统,这样飞行控制系统对动力系统的控制就是闭环控制。
[0047]6、推进系统各部件协调设计:
电池和电调的设计原则:
1)电池电压不能超过电调最高承载电压;
2)电池电流持续输出大于电调最大持续电流输出;
电机承受的电流由电机的负载决定,只要负载功率不超出电机额定,电机就不会有问题,而电池和电调仅提供到达这一负载的功率输出,其能力超过该功率即可,并不代表能力大于该功率的电池电调组合一定会输出最大功率。
[0048]电池和电机的原则:
1)电机工作电压由电调决定,而电调电压由电池输出决定,所以电池的电压要等于或小于电机的最大电压;
2)电调最大电压不能超过电机能承受的最大电压;
7、机架的设计:
2kg以下的无人机可以选玻纤机架;2kg以上的用3K碳纤维。
[0049]碳纤维复合材料在无人战斗机和直升机上主要应用于战机主结构、次结构件和战机特殊部位的特种功能部件。国外将碳纤维/环氧和碳纤维/双马复合材料应用在战机机身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位,起到了明显的减重作用,大大提高了抗疲劳、耐腐蚀等性能。碳纤维应宇航工业对耐烧蚀和轻质高强材料的迫切需求发展起来,它主要是由碳元素组成的一种特种纤维,是继玻璃纤维之后出现的第二代纤维增强复合材料。碳纤维的含碳量在90%以上,具有优异的力学性能,与其它高性能纤维相比具有最高比强度和最高比模量。在2000°C以上高温惰性环境中,碳纤维是唯一的一种强度不下降的物质,更可贵的是,碳纤维与其它材料具有很高的相容性,兼备纺织纤维的柔软可加工性,并且容易复合,具有很大的设计自由度。
[0050]由桨长度,计算出机架轴距=(桨的英寸*25.4/0.8/根号2)*2。
[0051]机架轴距计算出桨的尺寸(英寸)=(机架轴距/2)*根号2*0.8/25.4。
[0052]下面是一些桨和轴距的搭配建议:
10寸桨搭配轴距450MM机架
11寸桨搭配轴距500MM机架 12寸桨搭配轴距550丽机架 1
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