10、多旋翼飞行器推进系统设计实验解析

多旋翼飞行器推进系统设计实验解析

1. 多旋翼飞行器的尺寸关系

多旋翼飞行器的尺寸与螺旋桨半径密切相关。不同构型的多旋翼飞行器，两臂之间的夹角不同。例如，Y6构型六旋翼飞行器两臂夹角为120°，传统四旋翼飞行器为90°，传统六旋翼飞行器为60°。若多旋翼飞行器的臂数为n，夹角θ = 360°/n，那么机身半径R与螺旋桨最大半径rmax的关系为：
[R = \frac{r_{max}}{\sin\frac{\theta}{2}} = \frac{r_{max}}{\sin\frac{180^{\circ}}{n}}]

数值模拟显示，螺旋桨流场间的气动干扰会使推力下降并出现周期性波动，但当旋翼间距合适时，这种影响可忽略。为使多旋翼飞行器更紧凑且不损失过多效率，螺旋桨半径rp由飞行器重量和最大有效载荷决定，确定rp后，可根据以下关系确定机身半径：
[r_{max} = 1.05r_p \sim 1.2r_p]

2. 推进系统参数与建模

推进系统建模分为四个部分，各部分输入参数为产品描述中常见的基本参数，输出为一系列性能指标。具体参数符号如下表所示：
| 组件 | 参数 |
| ---- | ---- |
| 螺旋桨 | ( \varOmega_p = {直径 D_p, 螺距 H_p, 叶片数 B_p, 螺旋桨重量 G_p} ) |
| 电机 | ( \varOmega_m = {KV 值 KV_0, 最大连续电流 I_{eMax}, 标称空载电流 I_{m0}, 标称空载电压 U_{m0}, 电阻 R_m, 电机重量 G_m} ) |
| ESC | ( \varOmega_e = {最大电流