图4.4 美国加利福尼亚州空军基地进行跑道测试的全球鹰对于大型固定翼无人机而言，完全可以采用常规飞机的起飞方式。弹射起飞方式有利于将更大型的无人机部署到更多地点，如山地、航母等。图4.6 渡鸦无人机抛飞与检查手抛起飞一直是小型固定翼飞机的重要起飞方式。）传统固定翼无人机的起飞方式就是以上几种。......
2023-07-05
直升机姿态控制的动力与方式优化
【摘要】：直升机姿态控制力矩来自于主旋翼和尾桨。抛开各姿态中的耦合因素，主旋翼提供俯仰和横滚所需的姿态控制力矩，尾桨提供偏航力矩。挥舞产生横纵挥舞角，主旋翼拉力就是通过横纵挥舞角投影在其他方向上，并通过桨毂产生力矩实现直升机姿态控制。图4.16 伺服电动机与自动倾斜器连接直升机型无人机一般通过四个伺服电动机实现姿态控制，一个伺服电动机来控制油门开量。
直升机型无人机的运动包括六个自由度：惯性坐标系下三个直线方向，旋转坐标系下三个姿态：俯仰、横滚、偏航（纵向，横向，垂向）。直升机姿态控制力矩来自于主旋翼和尾桨。抛开各姿态中的耦合因素，主旋翼提供俯仰和横滚所需的姿态控制力矩，尾桨提供偏航力矩。直升机型无人机如果将挥舞角也看作内部状态则会增加模型的阶数：位置状态[X，Y，Z]，速度状态[u，v，w]，姿态角状态[ϕ，θ，ψ]，角速度状态[p，q，r]，挥舞角状态[a，b]。
图4.14 直升机型无人机主旋翼拉力及尾桨推力示意图（图片来源：维基百科）
容易看出，无人机通过主旋翼旋转提供拉力，但是如何将拉力投影到纵向和横向并产生姿态控制力矩呢？对于直升机型无人机而言是通过主旋翼挥舞实现的。直升机主旋翼桨尖平面（Tip Path Plane：TPP）不是固定在一个二维平面中，而是上下挥舞，以此平衡前飞时直升机主旋翼受力左右不均的情况。挥舞产生横纵挥舞角，主旋翼拉力就是通过横纵挥舞角投影在其他方向上，并通过桨毂产生力矩实现直升机姿态控制。
图4.15 自动倾斜器。它的结构分为两部分，上面会与主旋翼共同旋转，下边随着伺服电动机的动作而倾斜
直升机型无人机的主旋翼挥舞是通过自动倾斜器改变周期变距实现控制的。图4.15为自动倾斜器（十字盘）以及Bell-Hiller结构。通过这样的结构将伺服电动机的转动化为倾斜器角度变化，再控制桨距角，最终将主旋翼的升力投影在运动方向上并以此驱动直升机实现六个自由度的运动。
图4.16 伺服电动机与自动倾斜器连接
直升机型无人机一般通过四个伺服电动机实现姿态控制，一个伺服电动机来控制油门开量。控制姿态的伺服电动机中：Aileron、Elevator、Collective pitch三个伺服电动机和十字盘连接，控制直升机型无人机主旋翼的总距以及横向、纵向周期变距；Rudder控制尾桨，一般会连接偏航反馈控制器（Yaw rate feedback controller）对直升机型无人机进行“锁尾”。
小型直升机型无人机的转速一般是恒定的，这是通过恒速器来实现的。常用的如Futaba GY401、GY701等，它们本身也是陀螺仪，与接收机连接，通过屏幕设定即可实现主旋翼转速恒定。
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2023-06-24
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