归纳前面的学习和训练,不难发现,要想单独制作一架能飞的多旋翼无人机,一般需经历以下步骤:学习无人机的基本理论和装调基础→明确无人机功能定位→确定机型→设备与材料选择→组装→调试→飞行测试→维护保养与改造升级。
(1)功能定位
1)明确无人机的用途
多旋翼无人机的功能具体包括:入门级体验、操控基本功训练、穿越竞速训练、FPV穿越训练、3D特技飞行训练、航拍及其他工业级应用等。
①入门级体验。可以更多地采用自制材料,充分利用手边现有材料,例如,泡沫、轻木板或木块、塑料片或塑料块、铁皮或铁块、钢材、管材等。
②操控基本功训练。四旋翼无人机操控简单,最适合入门。不用配置过高过猛的动力,可配置较好的飞控以增加稳定性,可在机架下加装泡沫或在螺旋桨边加防护架,防止“炸”机等事故发生。
③穿越竞速训练。穿越竞速训练要求小巧灵活,暴力急速飞行。通常配置较小的X型或I型机架,高效强劲的动力系统。
机架大小:可选择110、130、150、250、280等机型。日常训练可选择大小适中的250机型;室内飞行,场地有限,有一定飞行经验后可选择轴距更小的150机型;室外飞行、野外飞行,可选择280大轴距,以增加抗风性。
机架布局:X型和I型结构的机架设计一般会相对耐摔,可拆卸式的机臂比一体化机臂的维修成本低;飞控、分电板一般多在机架中部,图传、电池位置尽可能地让机架保持重心平衡。
动力配置:为了保持暴力急速飞行,须配置高效强劲的动力系统。电机选择要根据商家提供的拉力曲线进行比较,并非单纯的拉力越大越好,还要考虑效率和桨叶的搭配;电池多选4S或以上,还要综合考虑电池质量、电压、容量和放电能力4个参数,保证放电峰值要尽可能贴近所选电机的最大电流,以便尽可能地发挥电机的动力,适应暴力飞行。
④FPV穿越训练。FPV穿越训练除了要小巧灵活、暴力急速飞行外,还要具备较好的图传、摄像头和天线,以保证FPV的效果。
⑤3D特技飞行训练。四旋翼无人机适合入门训练,电动直升机则适合提升训练,操控难度更大,也更易“炸”机,但3D特技飞行无疑是飞行操控的最高熟练度和技巧的结合。
⑥航拍。需配备云台、图传、相机或摄像头,搭载的设备越多,增加的质量就越重,动力系统需重新定位,稳定性也要求更高。
⑦其他工业级应用。因为搭载的任务载荷往往非常昂贵,应选用品质更优的配件,预留足够的动力冗余、更长的续航时间、更强的抗风性能、更好的稳定性和更高的可靠性。
2)确定无人机的性能
多旋翼无人机性能指标包括续航时间、最大飞行速度、抗风能力、最大起飞质量、稳定性、耐摔性、存储空间、是否能搭载云台和其他负载等。这些指标是无人机选材的重要依据,也决定着价格定位。
3)经济承受能力
希望达到的功能和性能尽量达到,不需要的功能尽量摒弃,以期用最低的价格配置出自己最希望达到的状态,获得最高的性价比。既需要熟悉产品本身不同型号的功能和性能差异,也需要熟悉不同品牌产品间的同型号参数的优缺点,以便选配出最高性价比的配件。
(2)选型
1)动力系统的选型
电动与油动的选择:电动简单且便宜,但续航时间短;油动复杂且昂贵,但续航时间长。
电动动力系统的选择:电池、电调、电机与螺旋桨的选择,决定了多旋翼无人机的操控性、续航时间和起飞质量等。
2)旋翼的轴数
通常轴数越多,稳定性越好,起飞质量越大,安全冗余度越高,价格也越贵。(www.xing528.com)
3)机架的大小
通常机架越大,稳定性越好,起飞质量越大(因为可配备尺寸更大的桨叶),操控性越好,但灵活性越差,价格也越贵。
4)硬件的选择
硬件的型号、品牌、价格存在较大的差异,要根据定位需要进行比较并慎重选择。
5)硬件间的匹配
硬件间型号、参数的匹配恰当与否,决定了整机的性能。如电池、电调、电机间电压和电流的匹配,电机与桨叶的匹配、遥控器与接收机的匹配等。
(3)材料确定
材料包括自制材料、成品塑料构件、玻璃纤维构件和碳纤维构件等。
1)自制材料
自制材料是指充分利用手边现有材料,适合青少年科普,价格便宜,且能增强动手能力和提升兴趣。
2)成品塑料构件
与自制材料相比,通常成品塑料构件硬度和稳固性更好,但与玻璃纤维或碳纤维构件相比,质量和强度略差,适合初学者,价格比较便宜且具备一定的耐摔性。
3)玻璃纤维构件
玻璃纤维构件简称玻纤,分为玻纤板和玻纤管,与商品塑料构件相比,强度更高,质量更轻,价格更贵。基本功训练穿越机可采用玻纤板制作。
4)碳纤维构件
碳纤维构件简称碳纤,分为碳纤板和碳纤管。它是所有构件中强度最高、价格最贵的,适合穿越竞速机、大尺寸旋翼机、工业级应用旋翼机等。
(4)装调与试飞
1)组装
简单地说,就是把一堆零件组装成某个部件或整体设备,分为简装和总装。往复杂些说,需要掌握常用工具的使用、简单加工、机械装配工艺和电气装配工艺等基本知识和技能,再根据装配图或装配经验对无人机进行组装。要注意装配顺序、装配原则和装配的工艺要求。
2)调试
调试是指对新设备或者维修后的设备重新运行时所存在的问题进行处理,而维修则是指对损坏的设备进行修理。调试主要包括硬件调试和软件调试,硬件调试包括安装位置调整、安装距离和机械重心调整等,软件调试包括动力系统的调试、飞控系统的调试和遥控器与接收机的调试。
3)试飞
试飞即在正式飞行前进行的测试。试飞通常是在特定的安全防护网里或室外空旷无人的场地进行的,以限制无人机试飞的距离。严格来说,试飞和调试是密不可分的,调试时有些项目需要用试飞来验证,试飞后存在的问题又要通过调试来解决,甚至有些项目是边飞边调,如PID调参、摇杆舵量微调等。
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