本帖最后由 hjingw 于 2020-3-14 23:01 编辑
3小时续航梦幻无人机T2C4共轴双桨无人机项目开启2020.3.14 3.14是那么有意思的日期，所以就作为这款无人机的发布开启日。 （凌晨1点多本来想发布的，没想到没有权限，好在晚上再试试，可以发布了，还算是赶上了，哈哈哈） 展开后（第一版本，看着明白是个什么意思就好~，翼展760mm） 收放后（第一版嘛，螺丝顶住了，桨叶没有贴合，姿态控制的电机太突出了，没有只有2个姿态控制，都改进了，图片先看着，往后更新） （有钱就可以改做全圆柱形状的了，DaoDan无人机发射！！！） （我不重，才1371g，还能减减肥，还能给下端加个碳纤维的圆柱罩子） 设计说明： 一 命名 T2C4型无人机的设计按照双推力（thrust）+4姿态控制（control）命名。往后可以衍生出T2C3,T1C3等型号。 二 控制方式： 两个较大功率的推力电机推动上端的正反桨，控制偏航（yaw）和推力（thrust），四个较小功率电机呈十字分布于下端，控制俯仰（pitch）和滚转（roll）。 这个控制方式就是这款无人机的最主要特点： l 正反双桨直接固定，避免在某些特殊的情况下发生上下桨叶打桨的危险（传统共轴无人机通过十字斜盘来控制无人机，从而会产生非对称升力，由于非对称升力的缘故，反向旋转的上下旋翼的旋转平面有在一侧"碰撞"的倾向。 l 推力系统与姿态控制系统区分开的。推力系统可以使用较小的减速比来驱动更大的桨叶，获得更高的比效力。但是有以下这么一个问题：一方面相同的功率下，越大的桨叶，效率会越高；另一方面相同的功率下，越大的桨叶的转速会越低，但是太低的桨叶转速会导致控制的速率下降，飞行不稳。多旋翼则是共用推力系统和姿态控制系统，所以这个问题是无法解决的；而被分离出来的姿态控制系统就可以解决这个问题了。 三 推力组件使用了减速齿轮，原因有两点： l 在相同功率情况下，普通的无刷电机会比盘式无刷电机轻很多。使用带有减速组的推力组件可以有效地降低无人机的重量，整体重量有望降低30%。可以参考一下功率为1500W时，无刷电机型号3126重180g，盘式电机型号8314（EA85）重586g。 l 2，同一型号无刷电机，通过减速齿轮组可以获得更大扭力来驱动更大的桨叶，获得更大的力效比，效率可以上升40%以上。 四 初步设计参数如下： l 总体尺寸（没有电池，没有负载）： 230mm*110mm（下版本做成Φ90mm圆柱） l 圆柱体直径： 100mm l 空重（无电池，无载荷）： 1.35KG l 最大推力： 20KG （@3000W） l 标准电池： 1.8KG（16000mah 6S锂电池） l 系统电压： 24V l 续航时间（无载荷）： 90min l 续航时间（1KG载荷）： 71min l 理想最大续航时间（无载荷）： 198min（梦幻级别） 五 结构部件与材料： l 推力电机：型号3126，1300KV；配桨叶：DJI3090；减速比为12：104≈1：8.6；姿态控制电机：型号2207 2600KV；配桨叶5050。 l 3D打印工程件（设计的最大推力为15KG时为铝合金件，3D打印的应该可以支撑10KG的推力，推力试车时，30%油门就已经很狂暴，40%油门就有点抓不稳，震动不大，40%油门以上就不敢测试了，换成铝合金件再测）。 l 1.5mm碳纤维板。 l 12mm钢管+铝管夹（推力电机需要更粗的电源线从钢管中通过）。 六 设计的这款T2C4型矢量共轴双桨无人机的优点： l 结构方面是四轴无人机与共轴无人机的融合： 相对于多旋翼飞行器，本发明拥有传统的共轴双桨飞行器的结构紧凑，收纳空间小，升力大，效率更高等气动优势； 相对于传统的共轴双桨飞行器，本发明拥有多旋翼飞行器的结构简单，响应快，仅通过控制数个电机的转速就实现了飞行器的姿态控制； 通过舵机控制的矢量共轴双桨飞行器，实施控制所使用的舵机需要极大的扭矩与极快的响应速度，往往会导致舵机型号偏大且昂贵； l 高速飞行的情况下，多旋翼的迎风面积大而且是面阻力，阻力系数大；而矢量共轴双桨无人机是圆柱形结构（一颗DaoDan），迎风面积小且阻力系数小。粗略估算的阻力只有多旋翼的30%，在相同功率情况下可以获得更快的速度。（仿佛听到了下一代叫共轴双桨穿越机） l 不同型号和推力级别的桨叶和电机可以采用同一架构，可以兼容多款升力搭配，采用更换更大的桨叶和电机不会带来重量上的太大变化，折叠后的体积基本不变。 七 设计理论说明 型号3126KV1300的扭矩无法查得，所以参考T-motor的型号2826KV1100与型号3520KV850，大概估算型号3126KV1300的扭矩最大值为0.5N*M。减速后的最大扭矩为4.3N*M，减速比12：104是按照9820g情况下需要3.86N*M，功率1462W，此时力效比为6.7g/W。（现在所配备的电调为40A，功率大概是600W，完全不够用的） 以下按照下两表的估算内容：按照上表，当功率为150W时，扭矩为0.162N*M，拉力为978g，力效比为6.53G/W；按照设计的减速比12：104，减速后的扭矩为1.4N*M，大于175W时所需要的0.94N*M，满足驱动3095桨叶所需要的扭矩，此时力效比为14g/W，拉力到达2100g。 八 梦幻级别的续航时间说明： 方案是仍然使用12：104的减速比，150W下能提供减速后1.4N*M的扭矩，据此推测可以在100W的请看下仍满足0.88N*M的扭矩需求。采用3510桨叶，转速为1114RPM，此时可以提供拉力2050g，功率仅仅为102W，力效比达到20g/W。无载荷情况下的，配上松下18650锂电池的6S8P（25600mah，电池重2.35KG，能量为614.4WH），全重3.72KG（63%重量为锂电池），续航功率为186W，续航时间可以提升到梦幻级别的198min，比3小时还多。按照20%的电池残留电量与姿态调整的消耗，续航时间可以达到2小时38分钟，相对于现阶段的四旋翼30分钟或旋转旋翼的50分钟，都是一个梦幻级别的续航。 此时由于转速为1114RPM，已经低于20hz，远低于飞控的控制使用的50hz，如果采用传统的十字罗盘的共轴双桨结构，螺旋桨叶的旋转角度与飞控的控制时刻无法确定，从而难以实现无人机的平稳控制。但是如果使用T2C4的结构，姿态控制中的俯仰（pitch）和滚转（roll）与升力螺旋桨的转速无关，姿态控制中的滚转（roll）与升力螺旋桨的角度无关。 不考虑电机间不够的功率效率曲线和减速组摩擦的情况下，带减速小电机在提供相同扭矩与功率的情况下等价于大电机直驱（动能与能量守恒嘛，不然这么多能量都发热去了？）。 效率方面，低KV值电机比高KV值电机的高；最大功率方面，低KV值电机比高KV值电机的低。 现阶段先行按照3090桨叶来设计，虽然力效比只有14，不过换个35寸桨叶测试也就是分分钟的事嘛。超低转速，超大桨叶，超高效率，嘿嘿嘿 这个先挖个坑，过段时间再发一个姿态控制，推力测试和整机飞行的视频（软硬件的东西就是一个个坑，新东西不好匹配呢，不好调，都没有现成的，慢慢磨进度吧）。持续更新中······
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发表于 2020-3-14 22:40
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