六旋翼无人飞行器的设计与制造
在军事领域里，因为多旋翼无人飞行器拥有体积小、操作简单、飞行灵活，人员伤害几乎为零的特点，被世界各地的研究员们挖掘出了无人飞行器的潜在实用价值。多旋翼无人飞行器多用于侦查敌情、导弹投射等作用。随着二十世纪九十年代科技的发展（特别是微电子技术、自动控制系统技术、无刷电机技术的发展），多旋翼无人飞行器开始进入民用领域并引发了巨大的热潮。目前，民用领域的多旋翼无人机多在航空拍摄、电力巡线、地质勘测等方面发挥重大作用。如今，多旋翼无人飞行器多为四旋翼无人飞行器。四旋翼无人飞行器由四个分布均匀的旋翼提供上升的动力进行垂直飞行。由于四旋翼无人飞行器是个欠驱动，在空中缺少一个旋翼就会发生直接坠机的现象，没有一点挽救的机会，特别是带有摄像功能的飞行器坠毁后里面的数据也跟着坠机一起损毁。所以本次的论文就是首先对六旋翼无人飞行器的飞行原理进行分析，然后根据六旋翼无人飞行器的载重设计飞行器所需的上升动力，建立数学模型。然后分析六旋翼无人飞行器的飞行控制系统结构，选择合适的控制系统组装调试，优化多旋翼无人飞行器的飞行稳定性能和续航性能，同时保证六旋翼无人飞行器的价格适合普通人能接受的范围。关键字 六旋翼无人飞行器 结构 设计
目 录
1 绪论 1
1.1 课题的研究背景和目的 1
1.2多旋翼无人飞行器的国内外研究情况 2
1.2.1 四旋翼无人飞行器的研究情况 2
1.2.2 六旋翼无人飞行器的研究情况 3
1.3课题的主要研究内容 4
2 六旋翼无人飞行器机体结构的分析与建立 4
2.1飞行器结构的分析 4
2.2无人飞行器的飞行分析 5
2.3 无人飞行器的机体设计 7
2.3.1机身的设计 7
2.3.2机臂的设计 8
2.3.3起落架的设计 9
2.3.4设备挂架的设计 11
3 动力模块分析 12
3.1无人飞行器的旋翼分析 13
3.2电机的分析 15
3.2.1 电机的选型 17
3.3 电子调速器 18
3.4电池 19
4 飞行控制模块分析 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
20
4.1 飞行控制器 20
4.2 飞控的调试 23
总结 28
致谢 29
参考文献 30
1 绪论
1.1 课题的研究背景和目的
在19世纪20年代中，英国的两个将军卡德尔和皮切尔向英国的研究院提出设计一种可以在地面用无线电操纵飞机投弹从而省去飞行员操纵投弹来减少人员伤亡的飞机的建议。正是这个建议英国开始了对小型无人飞行器的研发，接着蔓延到世界各地。世界各地的研究员针对无人飞行器在军事领域上的实际应用，研究各种不同功用的无人飞行器来减少人员伤亡和更有效的获得情报。也是从这时开始，在信息化技术的推动下，世界各国充分意识到无人飞行器在未来战争中起到的重要作用，并开始利用无人飞行器体积小、机动性你好、生存能力强、使用方便、人员伤害几乎为零等优点研究设计无人飞行器。如今开发的侦察机可以为战场提供侦查和监视、定点校射、伤害预估等信息；开发的靶机，可以为火炮、导弹提供定点射击目标，使炮手得到更好的训练等。
在世界第二次大战结束后，人类经济开始快速发展的背景下，随着无人飞行器在军事上的应用趋于成熟，研究员们开始向民用领域开发出新功能的无人飞行器为人们提供更方便的机器小助手。因为民用无人飞行器的开发使得越来越多的人们对其展开更多的关注，这种关注给人们带来了在生活中各方面的的需求。随着相关技术的进步，大大推动了无人飞行器技术在民用领域上的发展进程。
在跨领域的开发中，因为军事领域上采用的固定无人直升机起飞是需要借助跑道，还需要专业的飞行人员操纵的特点，具有操纵困难、成本高等缺点，使普通人无法接受，是以大多数研究员者选用多旋翼无人飞行器为蓝本设计模型。多旋翼无人飞行器是一种至少拥有三个旋翼轴的特殊无人飞行器。在二十世纪初，Breguet两人设计建造出世界上首架四旋翼无人飞行器——“旋翼机一号”。他们设计的飞行器结构是根据水平十字架交叉的方式，使用四个长长的焊接钢管支架分布构成的。不过由于当时的技术不够成熟，飞机的稳定性能很差，因此放弃了对四旋翼无人飞行器技术的研发，专攻固定翼无人飞行器技术。直到二十世纪九十年代以后开始，随着微电子技术、自动控制系统技术、无刷电机技术的发展，小型多旋翼无人飞行器技术发展结束了停滞状态，重新开始了进程。
多旋翼无人飞行器设计结构简单、成本低，不需要向固定翼无人飞行器一样借助跑道起飞，它可以直接从地面垂直起飞降落，也可以直接停在空中的某一点。因为多旋翼无人飞行器这一独特的飞行方式，它可以在比较复杂的环境中工作。不过在续航、负载等方面就不如固定翼无人飞行器。如今，多旋翼无人飞行器中，四旋翼无人飞行器技术的开发趋于成熟，而六旋翼无人飞行器还处在开发阶段。因此此次的论文设计主要针对四旋翼无人飞行器在续航、负载、稳定性等方面的不足，设计六旋翼无人飞行器提供大众使用，优化多旋翼无人飞行器的性能，同时六旋翼无人飞行器的费用要适合大众的心里价位。
1.2多旋翼无人飞行器的国内外研究情况
本课题主要研究的六旋翼无人飞行器，目前六旋翼无人飞行器的研究资料比较少，不过由于四旋翼无人飞行器在很多方面与六旋翼无人飞行器有共通之处，可以借鉴一下。下面是对两种旋翼的研究情况。
1.2.1 四旋翼无人飞行器的研究情况
斯坦福大学研究的STARMAC四旋翼无人机（如图122）因为无人机飞行时发生的震动，没有办法保证正确的航行速度和航行位置，因此斯坦福大学主要研究方向是以最小代价来增强飞行器的空中悬停性能和抗风干扰性能。
乔治亚洲大学开发了一款为探测火星情况的GTMARS四旋翼无人机（如图113），该无人机因为螺旋桨的尺寸有1.8米，所以承受的负载是比较大。而且它能在能量不足的情况下，自主寻找充电站补充能量。
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图122 STARMAC
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如图123 GTMARS
1.2.2 六旋翼无人飞行器的研究情况
美国Draganfly公司研发出的六旋翼无人飞行器Draganfly X6（如图）拥有GPS定位功能，能够实现空中锁定功能。碳纤维材料制作的机架保证了无人飞行器足够承载一架光学相机或红外热成像相机的重量。如今该型号无人飞行器已经在生活中得到广泛的应用。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题的研究背景和目的 1
1.2多旋翼无人飞行器的国内外研究情况 2
1.2.1 四旋翼无人飞行器的研究情况 2
1.2.2 六旋翼无人飞行器的研究情况 3
1.3课题的主要研究内容 4
2 六旋翼无人飞行器机体结构的分析与建立 4
2.1飞行器结构的分析 4
2.2无人飞行器的飞行分析 5
2.3 无人飞行器的机体设计 7
2.3.1机身的设计 7
2.3.2机臂的设计 8
2.3.3起落架的设计 9
2.3.4设备挂架的设计 11
3 动力模块分析 12
3.1无人飞行器的旋翼分析 13
3.2电机的分析 15
3.2.1 电机的选型 17
3.3 电子调速器 18
3.4电池 19
4 飞行控制模块分析 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
20
4.1 飞行控制器 20
4.2 飞控的调试 23
总结 28
致谢 29
参考文献 30
1 绪论
1.1 课题的研究背景和目的
在19世纪20年代中，英国的两个将军卡德尔和皮切尔向英国的研究院提出设计一种可以在地面用无线电操纵飞机投弹从而省去飞行员操纵投弹来减少人员伤亡的飞机的建议。正是这个建议英国开始了对小型无人飞行器的研发，接着蔓延到世界各地。世界各地的研究员针对无人飞行器在军事领域上的实际应用，研究各种不同功用的无人飞行器来减少人员伤亡和更有效的获得情报。也是从这时开始，在信息化技术的推动下，世界各国充分意识到无人飞行器在未来战争中起到的重要作用，并开始利用无人飞行器体积小、机动性你好、生存能力强、使用方便、人员伤害几乎为零等优点研究设计无人飞行器。如今开发的侦察机可以为战场提供侦查和监视、定点校射、伤害预估等信息；开发的靶机，可以为火炮、导弹提供定点射击目标，使炮手得到更好的训练等。
在世界第二次大战结束后，人类经济开始快速发展的背景下，随着无人飞行器在军事上的应用趋于成熟，研究员们开始向民用领域开发出新功能的无人飞行器为人们提供更方便的机器小助手。因为民用无人飞行器的开发使得越来越多的人们对其展开更多的关注，这种关注给人们带来了在生活中各方面的的需求。随着相关技术的进步，大大推动了无人飞行器技术在民用领域上的发展进程。
在跨领域的开发中，因为军事领域上采用的固定无人直升机起飞是需要借助跑道，还需要专业的飞行人员操纵的特点，具有操纵困难、成本高等缺点，使普通人无法接受，是以大多数研究员者选用多旋翼无人飞行器为蓝本设计模型。多旋翼无人飞行器是一种至少拥有三个旋翼轴的特殊无人飞行器。在二十世纪初，Breguet两人设计建造出世界上首架四旋翼无人飞行器——“旋翼机一号”。他们设计的飞行器结构是根据水平十字架交叉的方式，使用四个长长的焊接钢管支架分布构成的。不过由于当时的技术不够成熟，飞机的稳定性能很差，因此放弃了对四旋翼无人飞行器技术的研发，专攻固定翼无人飞行器技术。直到二十世纪九十年代以后开始，随着微电子技术、自动控制系统技术、无刷电机技术的发展，小型多旋翼无人飞行器技术发展结束了停滞状态，重新开始了进程。
多旋翼无人飞行器设计结构简单、成本低，不需要向固定翼无人飞行器一样借助跑道起飞，它可以直接从地面垂直起飞降落，也可以直接停在空中的某一点。因为多旋翼无人飞行器这一独特的飞行方式，它可以在比较复杂的环境中工作。不过在续航、负载等方面就不如固定翼无人飞行器。如今，多旋翼无人飞行器中，四旋翼无人飞行器技术的开发趋于成熟，而六旋翼无人飞行器还处在开发阶段。因此此次的论文设计主要针对四旋翼无人飞行器在续航、负载、稳定性等方面的不足，设计六旋翼无人飞行器提供大众使用，优化多旋翼无人飞行器的性能，同时六旋翼无人飞行器的费用要适合大众的心里价位。
1.2多旋翼无人飞行器的国内外研究情况
本课题主要研究的六旋翼无人飞行器，目前六旋翼无人飞行器的研究资料比较少，不过由于四旋翼无人飞行器在很多方面与六旋翼无人飞行器有共通之处，可以借鉴一下。下面是对两种旋翼的研究情况。
1.2.1 四旋翼无人飞行器的研究情况
斯坦福大学研究的STARMAC四旋翼无人机（如图122）因为无人机飞行时发生的震动，没有办法保证正确的航行速度和航行位置，因此斯坦福大学主要研究方向是以最小代价来增强飞行器的空中悬停性能和抗风干扰性能。
乔治亚洲大学开发了一款为探测火星情况的GTMARS四旋翼无人机（如图113），该无人机因为螺旋桨的尺寸有1.8米，所以承受的负载是比较大。而且它能在能量不足的情况下，自主寻找充电站补充能量。
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图122 STARMAC
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如图123 GTMARS
1.2.2 六旋翼无人飞行器的研究情况
美国Draganfly公司研发出的六旋翼无人飞行器Draganfly X6（如图）拥有GPS定位功能，能够实现空中锁定功能。碳纤维材料制作的机架保证了无人飞行器足够承载一架光学相机或红外热成像相机的重量。如今该型号无人飞行器已经在生活中得到广泛的应用。
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