我是无人机小飞手 多旋翼无人机的基本组成和布局（上）

北京小飞手教育科技有限公司/彭涛

无人机深受青少年喜爱，为此本刊联合北京小飞手教育科技有限公司共同推出《我是无人机小飞手》专栏，让孩子们了解无人机知识、学做无人机飞手。为配合专栏内容，还开设有无人机航空科普线上课程。扫描上方二维码，添加小助手了解详情。

多旋翼无人机具有飞行稳定、操纵灵活、结构简单、体积小、重量轻、成本低等特点，可进入人无法进入的各种恶劣环境工作，常用来执行航拍取景、实时监控、地形勘探等任务。目前，无人机在快递等新兴领域也得到了一定应用。

多旋翼无人机平台由机身主体、动力系统和控制系统组成。其中，机架、支臂、起落架、任务载荷设备构成了机身主体。电机、螺旋桨、电调、电池构成了动力系统。飞控导航设备、机上的数据链路构成了控制系统。另外，根据实际任务需求，无人机还能搭载不同的应用设备，如航拍时会用到图传发射器和接收器（也被称为FPV 设备），安装后能实时查看无人机拍摄的画面。

多旋翼无人机组成部件

一、动力系统

动力系统包含动力源、电机、电调、螺旋桨。

无人机结构设备分类

1.动力源

动力源是为无人机提供飞行动力的设备，一般有油动和电动两种，还有部分无人机采用氢燃料作为动力。为电动无人机提供电量的电池多为高密度锂聚合物电池，一般每300g 锂电池，可为500g（含电池）质量的无人机提供约17 分钟的飞行时间。氢燃料电池/太阳能电池等受技术水平和成本限制，暂时还未普及。

常见的无人机锂电池

2.电机

电机相当于人体的四肢，通常一端固定在机臂的电机座上，另一端用来连接螺旋桨。电机将电能转化为机械能，带动螺旋桨旋转，为无人机提供动力。

电机大致分为无刷电机和有刷电机两种，其中有刷电机内部含有换相电刷。常规尺寸的多旋翼无人机大多数采用无刷电机，这种电机具有低干扰、低噪声、长寿命、低能耗、高效率等优点。微小型无人机一般使用空心杯电机。这种电机在结构上突破了传统电机的限制，采用了无铁芯的转子，具有重量轻、体积小、能耗低、启动制动响应快的优点。需要说明，空心杯电机也分为无刷和有刷两种，一般选用无刷版本。

无人机专用高性能无刷电机

3.电子调速器

电子调速器简称电调，英文缩写ESC，可分为无刷与有刷两类（分别搭配有刷电机和无刷电机使用）。电调是控制电机转速的装置。它会根据接收到的信号，通过控制器和执行器来改变供电电流的大小，达到控制电机转速快慢的效果。电调通常有几根导线，其中输入端连接的是电源的正负极，而输出端则连接电机。另外，还有专门的信号线，可接到飞控设备上，用来给飞控供电和接收控制信号。

功能丰富的电子调速器

除了尺寸功能不同外，不同的电调安培数也不同。这里的安培数指接入设备的最大通过电流，如30A 的电调，就适用于最大电流不超过30A 的电机。注意，无人机经常要在露天作业，对电机、电调系统的稳定性要求较高，需要定期检查，并进行保养、防水、防潮处理。

4.旋翼

多旋翼无人机依靠若干旋翼转动进行飞行。其旋翼大小相同、分布位置对称。通过调节旋翼的转速，可实现悬停、前进、左右移动等飞行动作。此外，多旋翼无人机的旋翼数大多为偶数（少数三旋翼无人机为单数），并对称分布在机体的前后左右四个方向，且通常处于同一高度平面。各旋翼的结构和半径相同，相邻一侧的旋翼安装正反转两种螺旋桨（顺时针旋转的是反桨，逆时针旋转的为正桨），用以抵消陀螺效应和旋转扭矩。

无人机专用螺旋桨

二、主体

1.机架

无人机的机架主要用于装载各种设备，一般会选择强度高、质量轻的材料制造，如玻璃纤维、尼龙、改性塑料、树脂、铝合金、碳纤维等。机架的设计是否合理，决定了机载设备的安装位置是否合理，安装后是否牢固，拆卸是否方便。

尼龙材质无人机机架

2.脚架

脚架是无人机的起落架，主要在无人机起飞和降落阶段起支撑和缓冲作用。

坚固的碳纤维材质脚架

3.云台

云台主要用于安装、固定摄像机等任务载荷。其主要由单片机作为主控芯片，结合各种传感器和执行机构共同工作。云台控制系统的功能主要包括以下两个方面，一是实现云台的自稳，即稳定成像；二是控制云台在空间内的转动。若搭载的载荷有可控部分，如相机的拍照和光圈调节等，控制系统还应设相应的控制功能模块。

可搭载相机的云台系统

云台转动的速度是衡量其性能高低的重要指标之一。通常，云台水平和垂直方向分别由两个不同的电机驱动，因此云台的转动速度也分为水平转速和垂直转速。考虑到载荷等因素影响，垂直电机在启动和运行保持时的扭矩一般会大于水平方向，再加上实际使用时，云台水平转动的应用场景更多，因此云台的垂直转速大多低于水平转速。