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本帖最后由 小布 于 2016-12-31 11:08 编辑
多轴机架
多轴机架
在选择或者制作多轴飞行器时候，首先考虑的是机架。因为机架的轴数、轴距决定了飞行器的最大拉力。多轴飞行器的姿态全由电机和螺旋桨决定，没有固定翼飞机中产生升力的机翼，所以多轴飞行器的机架相对简单很多。 1、机架轴数 多轴飞行器的轴数大于等于3，有3轴、4轴、6轴、8轴等。每个轴配一个电机，所以理论上轴越多，能提供的电机拉力越大。 奇数轴数（3轴）姿势控制算法复杂，较为少见。偶数轴数是对称较好控制，所以4、6、8等较为常见。 2、机架轴距 我们这里讨论的轴距是偶数轴数的机架，机架的轴距是指对称两轴电机中心孔的距离，常见的有250mm、450mm、550mm等轴距。轴距决定了能使用螺旋桨的最大直径，轴距越大，可以使用的螺旋桨直径越大。 3、轴数和螺距与飞行器最大起飞重量的关系 轴数越多等于电机越多，电机能提供的最大拉力也越多，飞行器最大起飞重量重量也越大。轴距越大螺旋桨直径越大，螺旋桨直径越大，提供的拉力越大。轴数和螺距与飞行器最大起飞重量都成正比。起飞重量小的，可以用小轴数（4轴）和小轴距的机架。起飞重量大，如航拍或者保值用的，需要用多轴数和大轴距的机架。 4、机架结构 机架由机臂、教架、中心板等构成。下图是一个典型的机架架构。 1）机臂 最重要的结构，支撑着电机和螺旋桨，是受力最大最复杂的结构，决定飞行器的强度和振动。 2）电机安装座 通过螺丝孔把电机固定在上面，不少是与机臂制作成一体。如果机臂与电机安装座不同材料，需要使用独立的电机安装座。 3）上中心板和下中心板 主要是固定机臂的作用，中心板上还需要放飞控、电池、GPS、图传等设备。视乎机架结构，也只有一块中心板的机架。 机架的上下中心板有些是用PCB电路板制成，负责电调和电池间的连接，有效的简化布线。如果中心板不带PCB功能的，需要另外用分电板或者电线连接电调和电池。 4）脚架 脚架能在降落时候起到缓冲作用，保护电池电机等设备。如果是要加航拍云台，必须用脚架保护云台和摄像头。脚架的缺点是让飞行器的重心提高，加大降落时候翻机的机率。如果不需要加设云台，可以用机臂带脚架功能的机架。 5）云台座 需要加云台航拍的机架，要考虑云台的固定，也有些外置的脚架整合了云台座功能。 5、材料 机架在保证飞行器强度要求下，重量越少越好。机架材料决定了的重量。机臂的重量占绝大部分，机臂的材料主要有： 1）塑料 使用高强度工程塑料制成，优点的便宜和耐摔，几十元就一副4轴450mm的机架，多次炸鸡也不容易损坏。 缺点就是重，4轴450mm的机架要差不多300g。入门的4到6轴机架多用塑料，还有些塑料机臂再嵌入碳素管增加强度减少重量。 2）玻纤 用玻璃纤维制成，玻纤强度较好，相同强度下重量比塑料要轻，价格比塑料要贵点。玻纤的机架大多用玻纤板切割拼接而成，多用于穿越机架。 3）碳素 使用碳素纤维材料制成，碳素非常轻和强度大，是最好的机架材料。缺点就是贵！碳素脆性材料，受力过大不会发生形变而是直接断裂，所以损坏后基本无法修复，只能更换。
以上所说是机臂的材料，机架中的中心板、脚架可以用同一种材料，也可以用其它材料。如中心板有用PCB或者玻纤、脚架用碳素或者塑料。在购买的时候，一定要搞清每个结构的材料，碳素机架有些只是机臂用，其它地方用玻纤或者塑料，而有些是全碳素制作，但价格就差别很大。 4、折叠 轴距450mm的加上螺旋桨半径已经超过500mm，携带非常不便。所以有些机架为方便携带，机臂可以折叠，能缩小一半的体积。 虽然折叠能缩小体积，但折叠机构增加机架结构复杂性，带来重量增大、可靠性减少、机臂振动增加、成本增大等问题，为了便携而牺牲性能。需要按实际情况选择是否需要折叠功能。 5、类型 多轴飞行器有些是转用于穿越，或者航拍。穿越要求速度快，轴距小便于穿过树林桥洞，大多穿越机架多的中心板是长方形，机身长。 航拍类的为了飞行时间长，机架选择大轴距和多轴数，机身成完全对称的方形。
机架决定了所支持的最大螺旋桨直径，那样如何计算这个直径呢？对于对称的偶数（4、6、8等）机架，用简单几何公式就可以算出这个直径。
所谓的对称是所有对称机臂的轴距是一样的。 1、计算原理 决定螺旋桨的直径是相邻两个轴的直线距离，就是图中AB线的距离，AB线的距离也刚好是螺旋桨的最大直径。 2、计算公式
在三角形ABC中，求AB的距离，可以用余弦定理。
公式：AB = (AC2 + BC2 – 2 * AC * BC * cos(β))0.5 AC = BC = BD/2 DB = 轴距 β= 360。 / 轴数
简化公式，AB = (2 * (轴距/2)2 * (1 - cos(360/轴数)))0.5
按这个公式，可以计算轴距是450mm的4轴机架的AB = 318.20mm，1英寸 = 25.4 mm，得到最大螺旋桨直径是12.5寸。实际螺旋桨直径不能刚好等于这个值，否则两个螺旋桨会打架。螺旋桨的直径的规格大多是整数，可以得知这个机架的所支持最大螺旋桨直径可以选择12寸。 3、常用机架的支持最大螺旋桨的直径
| 轴数 | 轴距（mm） | 计算支持最大螺旋桨直径（寸） | 实际支持最大螺旋桨整数直径（寸） | | 4 | 250 | 6.96 | 6 | | 4 | 330 | 9.19 | 9 | | 4 | 350 | 9.74 | 9 | | 4 | 450 | 12.53 | 12 | | 6 | 550 | 10.83 | 10 | | 6 | 680 | 13.39 | 13 |
根据力效表我们知道，螺旋桨直径越大力效越大，如果是为了获得最大的飞航时间，尽量用机架所支持的最大直径的螺旋桨。 4、常见几种成品多轴飞行器机架与螺旋桨直径
| 型号 | 轴数 | 轴距（mm） | 螺旋桨规格 | 螺旋桨直径（寸） |
| 大疆精灵2 | 4 | 350 | 9450 | 9.4 |
| 大疆精灵3 | 4 | 350 | 9450 | 9.4 |
| 零度XPLORER V | 4 | 350 | 9445 | 9.4 |
| 亿航GHOSTDRONE2.0 | 4 | 350 | / | 8.5 |
以上都是350mm轴距4轴机架，除了亿航GHOSTDRONE2.0是8.5寸直径的螺旋桨外，其它都是用非常接近计算最大直径9.74寸的9.4寸螺旋桨。
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发表于 2016-12-31 11:00:37
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发表于 2016-12-31 13:19:30
