共轴矢量动力无人飞行运载平台实施方案

李玉伟 张学宇

摘  要：无人机作为一种新兴飞行器，由于它稳定可靠、结构简单、使用方便，已经在多个领域中得到了广泛的使用，本款以共轴矢量电机为动力的无人飞行器，该飞行器利用共轴反转电机、矢量动力模块、特殊飞行平台与载物仓的完美结合，来完成飞行运载。

关键词：飞行器;共轴矢量;运载

本飞行器是一款自主研发的稳定的、快速的运载型飞行器，总体包括：机体、矢量动力模块、仓储模块、数据发射和接收模块、飞行控制模块、电源模块和无线电遥控设备等。通过不断的开发与研究，设计出一种共轴矢量动力无人飞行平台，矢量动力系统可以进行全方位旋转，拥有独立自由度。矢量无人机用途广泛，机动性能好，耗能小等特点。操控极为方便，受起降场地限制较小。

一、项目背景及设计初衷

一提起无人机，第一个画面一定是一个四旋翼的形状，仿佛世界上所有的无人机都脱离不了四旋翼的阴影。据报道，加拿大工程师Omar Eleryan和Simon Czarnota曾对一架普通的无人机进行操作试飞，普通无人机都存在一定的问题：声音大、系统控制不好、及操作延迟。加拿大工程师们进行了改良，组建了Cleo Robotics团队，并推出了一款甜甜圈形的外形Cleo无人机。本设计为爱好者及广大群体进行思维的拓展，改变大家对无人机传统的认知。

二、设计理念

在本次运载飞行器设计当中，结合直升机与火箭的形态特征，对多旋翼无人机加以改造。

机身采用了高分子聚合物为材料，质地轻，化学性稳定，不会锈蚀，耐冲击性好;具有较好的透明性和耐磨耗性;絕缘性好，导热性低;这样飞行时的空气阻力小，飞行状态稳定。货物装载方式采用货运集装箱的方式。做到灵活的运载与投放功能，如救援，把基本生活、药品等放到人暂时不能去的地方。

三、作品要求

飞行稳定，维修方便;价格低廉，既轻盈又坚固;信号抗干扰性强。操作简单，使用方便;飞行速度快，并有一定的载重能力;电机数量更少，效率更高;携带方便，安全耐用;位置精度高，通用性强，能适应多种作业;工艺性好，便于维修调整。

四、设计特点

无人机以目前较流行的开源飞控为核心控制，高分子聚合物材料为载体，并选用航空层板为支撑，辅以运载系统，硬件上由飞控电路，电源管理，通信模块，动力系统，机架，投放系统组成，加上成熟的开源飞控，配合共轴双桨矢量电机稳定工作，实现平稳飞行。机身具有灵活轻盈，延展性高，适应性强好等特点。配合GPS定位，矢量系统的灵活性，，载物仓承载能力大、刚性好、自重轻、通用性强等.

五、功能用途

运载飞行器具有高度灵活性，起飞降落不受环境因素影响，能够携带一些重要的设备从空中完成特殊任务，如运载飞行、航拍、定点投放、空中监测、空中监视、空中转信、空中喊话、紧急救援等。在执行特殊任务时，生存能力强，机动性能好，使用方便，在处理自然灾害、事故灾难以及社会安全事件等方面能发挥出重要作用，很多平民也开始接触无人机，民用开始，植保，穿越飞行，以及到现在最主流的运载无人机。

六、作品部分介绍

本飞行器是一款自主研发的稳定的、快速的运载型飞行器，总体包括：机体、矢量模块、仓储模块、数据发射和接收模块、飞行控制模块、电源模块、动力模块和遥控设备等。

共轴矢量无人机的螺旋桨可以进行全方位旋转，拥有独立自由度。失量无人机用途广泛，机动性能好，耗能小等特点。操控极为方便，受起降场地限制较小。操作人员可在地面实施控制飞行作业。

七、操作说明

飞行器飞行前准备

1、开机顺序：先将遥控器开启，再将飞行器通电。关机顺序：先关闭飞行器电源，在关闭遥控器。

2、检查螺旋桨的正反（如果螺旋桨安装错误，请在更换后进行飞行），检查螺旋桨是否有松动，如有松动请上紧。

3、当飞行器在飞行时出现故障，请立即降落或在原地悬停，降落后立即断开电源。

操作方法

飞行时要先测试多轴飞行模式，因为电机搭配及摇杆行程不同，首次试飞并具有一定的危险性。

首先将飞机平放，通过开关控制解锁油门，推约1/3油门，看电机及俯仰动作是否会正常修正。油门约推到半油门，同时看两电机修正横滚的力是否适宜，否则更改横滚相关的参数;看舵面修正俯仰的幅度大小和响应快慢是否适宜，否则更改俯仰相关的参数。新手需要在模拟器上进行多旋翼无人机飞行训练，在掌握正确飞行技巧后，即可尝试双旋翼飞行器的正常飞行模式。

八、后续工作计划

今后将会在机身材料上进行升级与改进，如选用碳纤维材料，采用三角支撑框架，动力系统进行全面升级，优化飞控算法，设计可便携机身结构。进行功能模块升级，加装Rtk厘米级定位、红外感应功能、视觉定位系统、自动跟随与FPA模式（第一人称视角）。

可编程线路规划与定点巡航，自动飞行模式、实时传输飞行器状态数据与飞行环境与多架飞行器同时作业。

参考文献

[1]  何华国 无人机飞行训练[M].高等教育出版社，2017：9-33.

[2]  陈志旺 四旋翼飞行器快速上手[M]：电子工业出版社2017：45-56