我是無人機小飛手 多旋翼無人機的基本組成和布局（上）

北京小飛手教育科技有限公司/彭濤

無人機深受青少年喜愛，為此本刊聯合北京小飛手教育科技有限公司共同推出《我是無人機小飛手》專欄，讓孩子們了解無人機知識、學做無人機飛手。為配合專欄內容，還開設有無人機航空科普線上課程。掃描上方二維碼，添加小助手了解詳情。

多旋翼無人機具有飛行穩定、操縱靈活、結構簡單、體積小、重量輕、成本低等特點，可進入人無法進入的各種惡劣環境工作，常用來執行航拍取景、實時監控、地形勘探等任務。目前，無人機在快遞等新興領域也得到了一定應用。

多旋翼無人機平臺由機身主體、動力系統和控制系統組成。其中，機架、支臂、起落架、任務載荷設備構成了機身主體。電機、螺旋槳、電調、電池構成了動力系統。飛控導航設備、機上的數據鏈路構成了控制系統。另外，根據實際任務需求，無人機還能搭載不同的應用設備，如航拍時會用到圖傳發射器和接收器（也被稱為FPV 設備），安裝后能實時查看無人機拍攝的畫面。

多旋翼無人機組成部件

一、動力系統

動力系統包含動力源、電機、電調、螺旋槳。

無人機結構設備分類

1.動力源

動力源是為無人機提供飛行動力的設備，一般有油動和電動兩種，還有部分無人機采用氫燃料作為動力。為電動無人機提供電量的電池多為高密度鋰聚合物電池，一般每300g 鋰電池，可為500g（含電池）質量的無人機提供約17 分鐘的飛行時間。氫燃料電池/太陽能電池等受技術水平和成本限制，暫時還未普及。

常見的無人機鋰電池

2.電機

電機相當于人體的四肢，通常一端固定在機臂的電機座上，另一端用來連接螺旋槳。電機將電能轉化為機械能，帶動螺旋槳旋轉，為無人機提供動力。

電機大致分為無刷電機和有刷電機兩種，其中有刷電機內部含有換相電刷。常規尺寸的多旋翼無人機大多數采用無刷電機，這種電機具有低干擾、低噪聲、長壽命、低能耗、高效率等優點。微小型無人機一般使用空心杯電機。這種電機在結構上突破了傳統電機的限制，采用了無鐵芯的轉子，具有重量輕、體積小、能耗低、啟動制動響應快的優點。需要說明，空心杯電機也分為無刷和有刷兩種，一般選用無刷版本。

無人機專用高性能無刷電機

3.電子調速器

電子調速器簡稱電調，英文縮寫ESC，可分為無刷與有刷兩類（分別搭配有刷電機和無刷電機使用）。電調是控制電機轉速的裝置。它會根據接收到的信號，通過控制器和執行器來改變供電電流的大小，達到控制電機轉速快慢的效果。電調通常有幾根導線，其中輸入端連接的是電源的正負極，而輸出端則連接電機。另外，還有專門的信號線，可接到飛控設備上，用來給飛控供電和接收控制信號。

功能豐富的電子調速器

除了尺寸功能不同外，不同的電調安培數也不同。這里的安培數指接入設備的最大通過電流，如30A 的電調，就適用于最大電流不超過30A 的電機。注意，無人機經常要在露天作業，對電機、電調系統的穩定性要求較高，需要定期檢查，并進行保養、防水、防潮處理。

4.旋翼

多旋翼無人機依靠若干旋翼轉動進行飛行。其旋翼大小相同、分布位置對稱。通過調節旋翼的轉速，可實現懸停、前進、左右移動等飛行動作。此外，多旋翼無人機的旋翼數大多為偶數（少數三旋翼無人機為單數），并對稱分布在機體的前后左右四個方向，且通常處于同一高度平面。各旋翼的結構和半徑相同，相鄰一側的旋翼安裝正反轉兩種螺旋槳（順時針旋轉的是反槳，逆時針旋轉的為正槳），用以抵消陀螺效應和旋轉扭矩。

無人機專用螺旋槳

二、主體

1.機架

無人機的機架主要用于裝載各種設備，一般會選擇強度高、質量輕的材料制造，如玻璃纖維、尼龍、改性塑料、樹脂、鋁合金、碳纖維等。機架的設計是否合理，決定了機載設備的安裝位置是否合理，安裝后是否牢固，拆卸是否方便。

尼龍材質無人機機架

2.腳架

腳架是無人機的起落架，主要在無人機起飛和降落階段起支撐和緩沖作用。

堅固的碳纖維材質腳架

3.云臺

云臺主要用于安裝、固定攝像機等任務載荷。其主要由單片機作為主控芯片，結合各種傳感器和執行機構共同工作。云臺控制系統的功能主要包括以下兩個方面，一是實現云臺的自穩，即穩定成像；二是控制云臺在空間內的轉動。若搭載的載荷有可控部分，如相機的拍照和光圈調節等，控制系統還應設相應的控制功能模塊。

可搭載相機的云臺系統

云臺轉動的速度是衡量其性能高低的重要指標之一。通常，云臺水平和垂直方向分別由兩個不同的電機驅動，因此云臺的轉動速度也分為水平轉速和垂直轉速。考慮到載荷等因素影響，垂直電機在啟動和運行保持時的扭矩一般會大于水平方向，再加上實際使用時，云臺水平轉動的應用場景更多，因此云臺的垂直轉速大多低于水平轉速。