共軸矢量動力無人飛行運載平臺實施方案

李玉偉 張學宇

摘? 要：無人機作為一種新興飛行器，由于它穩定可靠、結構簡單、使用方便，已經在多個領域中得到了廣泛的使用，本款以共軸矢量電機為動力的無人飛行器，該飛行器利用共軸反轉電機、矢量動力模塊、特殊飛行平臺與載物倉的完美結合，來完成飛行運載。

關鍵詞：飛行器;共軸矢量;運載

本飛行器是一款自主研發的穩定的、快速的運載型飛行器，總體包括：機體、矢量動力模塊、倉儲模塊、數據發射和接收模塊、飛行控制模塊、電源模塊和無線電遙控設備等。通過不斷的開發與研究，設計出一種共軸矢量動力無人飛行平臺，矢量動力系統可以進行全方位旋轉，擁有獨立自由度。矢量無人機用途廣泛，機動性能好，耗能小等特點。操控極為方便，受起降場地限制較小。

一、項目背景及設計初衷

一提起無人機，第一個畫面一定是一個四旋翼的形狀，仿佛世界上所有的無人機都脫離不了四旋翼的陰影。據報道，加拿大工程師Omar Eleryan和Simon Czarnota曾對一架普通的無人機進行操作試飛，普通無人機都存在一定的問題：聲音大、系統控制不好、及操作延遲。加拿大工程師們進行了改良，組建了Cleo Robotics團隊，并推出了一款甜甜圈形的外形Cleo無人機。本設計為愛好者及廣大群體進行思維的拓展，改變大家對無人機傳統的認知。

二、設計理念

在本次運載飛行器設計當中，結合直升機與火箭的形態特征，對多旋翼無人機加以改造。

機身采用了高分子聚合物為材料，質地輕，化學性穩定，不會銹蝕，耐沖擊性好;具有較好的透明性和耐磨耗性;絕緣性好，導熱性低;這樣飛行時的空氣阻力小，飛行狀態穩定。貨物裝載方式采用貨運集裝箱的方式。做到靈活的運載與投放功能，如救援，把基本生活、藥品等放到人暫時不能去的地方。

三、作品要求

飛行穩定，維修方便;價格低廉，既輕盈又堅固;信號抗干擾性強。操作簡單，使用方便;飛行速度快，并有一定的載重能力;電機數量更少，效率更高;攜帶方便，安全耐用;位置精度高，通用性強，能適應多種作業;工藝性好，便于維修調整。

四、設計特點

無人機以目前較流行的開源飛控為核心控制，高分子聚合物材料為載體，并選用航空層板為支撐，輔以運載系統，硬件上由飛控電路，電源管理，通信模塊，動力系統，機架，投放系統組成，加上成熟的開源飛控，配合共軸雙槳矢量電機穩定工作，實現平穩飛行。機身具有靈活輕盈，延展性高，適應性強好等特點。配合GPS定位，矢量系統的靈活性，，載物倉承載能力大、剛性好、自重輕、通用性強等.

五、功能用途

運載飛行器具有高度靈活性，起飛降落不受環境因素影響，能夠攜帶一些重要的設備從空中完成特殊任務，如運載飛行、航拍、定點投放、空中監測、空中監視、空中轉信、空中喊話、緊急救援等。在執行特殊任務時，生存能力強，機動性能好，使用方便，在處理自然災害、事故災難以及社會安全事件等方面能發揮出重要作用，很多平民也開始接觸無人機，民用開始，植保，穿越飛行，以及到現在最主流的運載無人機。

六、作品部分介紹

本飛行器是一款自主研發的穩定的、快速的運載型飛行器，總體包括：機體、矢量模塊、倉儲模塊、數據發射和接收模塊、飛行控制模塊、電源模塊、動力模塊和遙控設備等。

共軸矢量無人機的螺旋槳可以進行全方位旋轉，擁有獨立自由度。失量無人機用途廣泛，機動性能好，耗能小等特點。操控極為方便，受起降場地限制較小。操作人員可在地面實施控制飛行作業。

七、操作說明

飛行器飛行前準備

1、開機順序：先將遙控器開啟，再將飛行器通電。關機順序：先關閉飛行器電源，在關閉遙控器。

2、檢查螺旋槳的正反（如果螺旋槳安裝錯誤，請在更換后進行飛行），檢查螺旋槳是否有松動，如有松動請上緊。

3、當飛行器在飛行時出現故障，請立即降落或在原地懸停，降落后立即斷開電源。

操作方法

飛行時要先測試多軸飛行模式，因為電機搭配及搖桿行程不同，首次試飛并具有一定的危險性。

首先將飛機平放，通過開關控制解鎖油門，推約1/3油門，看電機及俯仰動作是否會正常修正。油門約推到半油門，同時看兩電機修正橫滾的力是否適宜，否則更改橫滾相關的參數;看舵面修正俯仰的幅度大小和響應快慢是否適宜，否則更改俯仰相關的參數。新手需要在模擬器上進行多旋翼無人機飛行訓練，在掌握正確飛行技巧后，即可嘗試雙旋翼飛行器的正常飛行模式。

八、后續工作計劃

今后將會在機身材料上進行升級與改進，如選用碳纖維材料，采用三角支撐框架，動力系統進行全面升級，優化飛控算法，設計可便攜機身結構。進行功能模塊升級，加裝Rtk厘米級定位、紅外感應功能、視覺定位系統、自動跟隨與FPA模式（第一人稱視角）。

可編程線路規劃與定點巡航，自動飛行模式、實時傳輸飛行器狀態數據與飛行環境與多架飛行器同時作業。

參考文獻

[1]? 何華國 無人機飛行訓練[M].高等教育出版社，2017：9-33.

[2]? 陳志旺 四旋翼飛行器快速上手[M]：電子工業出版社2017：45-56