本帖最后由 449294177 于 2020-6-11 22:21 编辑
首先附上之前的功能验证机介绍
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之前这架机子主要功能一是验证改装飞控结构和程序上有没有问题，各个传感器的连接和选择有没有问题；二是用这台机子练习一下调试方法；三是测试空心杯主电机效率优化方法能不能行；四是获得一些测试数据；五是对减速尾桨进行测试。
之前的文章留了四个技术发展路线
（1）加一体图传，预计3g
（2）更换无刷电机，继续提高升力，更换大疆2380mah电池
（3）使用9个vl53l0x，做自动避障，需要一个arduino小板改几个模块的i2c地址
（4）提高尾电机效率，上一个减速组。
现在我先搞2和4两条，后面再搞1，第三条先先不搞。
之前是买了两架机身，第一架目前改好吃灰，第二架现在已经初步改好，还有几个传感器没上。
本文分成3个部分，硬件部分，动力系统，图片集中介绍，飞行性能分析。
首先是硬件配置
机身及伺服器：伟力V922原装件
电池：大疆御air电池，特挑2470mah高压锂电组2S，特别配过容量和内阻。
主控：MATEK F405-MINI
桨叶：大疆8743f
尾桨：9：46减速带75mm桨
接收机：LOLI8通，7dB带回传 主电机：HISKY 1106电机 尾电机：716空心杯 主电调：秀谷6A无刷电调叠焊改12a
尾电调：LOLI双路单向有刷电调，刷修改固件
外置罗盘：HMC5883
外置气压计：MS5611 电流计：INA138自制，使用1毫欧电阻 数传：ESP8266刷定制固件
接下来就按上面的顺序一一讲解
一． 机身
机身是之前在咸鱼上看到有人在卖的，两架伟力V922机身，不包好坏100块包邮。
因为包装的原因，送过来断了一个脚架，一个尾桨，除了机身上螺丝有点生锈，其它都还好。
原机身没啥好说的，本来也是玩具，质量不做要求了。
二． 电池
御air的电芯，标2380，实际上从2300-2500分布 大小72*37*7mm，重36g，能量密度264wh/kg，算是相当高的了。 三．主控
主控是咸鱼上收的，功能上应该没问题。重量4.5g，没有气压计。由于ardupilot没有直接支持这个型号，所以刷的STD版的固件，目前日志功能没法使用，暂时用遥测日志替代 四．桨叶
由于重量比之前有所上升，所以将之前的8331f换为8743f桨叶，开始动平衡很差，调整过后，现在还好。这个桨还是降噪桨，飞行的声音也确实小。 五．接收机
还是用的自制的0.7g萝莉接收机，加了分压电阻和数字地隔离电阻。
六．电调
主电调是之前9块钱的，内阻比较大，上下桥一起估计要40毫欧，叠焊后降到20。这个电调不知道为什么进入不了编程模式，要不我可以再提高一点续航，总共3g，粘到原来插电池的地方刚刚好。
尾电调是之前的双路电调，只用了一路。本来自制的有一个0.2g的有刷电调，但是不知道什么原因启动困难，不带桨时可以正常启动，带桨以后就间歇启动了，不过这个也就节约0.7g左右，后面再考虑更换。
七，外置气压计
MS5611是很有历史的一个传感器了，精度相当不错，所以就没为这个机子配置激光测距了。
八．电流计
市面上的电流计体积都太大了，这种小主板又都没板载电流计，所以只能自己做一个了，电路参考的F4的电流计，更换了放大芯片。 使用1毫欧的电阻，估计短时间测量20A应该没问题，目前在低于0.9A的时候会出现测量的错误。我通过万用表外接测量电流值作为基准（这个表我以前校过，还是比较准的），将自制的电流计在2A附近的误差调到0.01A左右了。那一坨焊锡那里就是我搭棚焊接的电流计，搭载了电压计和电流计以后可以很方便的评价续航和效率了。
九．数传
吸取了之前调机的经验，使用数传实时调可以减少许多时间浪费。 用了个微型的ESP8266模块，目前感觉使用体验良好。
硬件介绍完了，讲讲动力系统设计。
基本的原理和思路与之前的文章一样，主要讲讲电机的效率曲线的区别 之前的空心杯的电机最高效率在0.8的最大转速附近，但是无刷电机略有不同，这些特性也会影响齿比的选择。 我先讲讲我的理解，对于空心杯来说，其内部没有铁芯，不会有涡流损耗，其损耗主要为电刷和轴摩擦，所以其在转速较高时可以保持较高的效率，这也是空心杯的优点。但由于没有铁芯，空心杯电机的扭力一般较低，功率密度也不高（无刷空心杯暂不讨论） 对于无刷电机来讲，其内部有铁芯，在高转速时会带来较大的涡流损耗，可是其无电刷且一般为滚珠轴承（空心杯为铜套），摩擦和电刷损耗均大幅降低，并且功率密度大幅提升，当然其效率特性还与许多因素有关（气隙，控制频率，foc还是方波等等）。 我们接下来可以对比一下槽级比对效率的影响,主要参考“余 莉，芮元栋，孙加伟//无刷直流电机槽极比对电机性能的影响”这篇文章原理就不讲了，直接说结论了。
这几个图里是4磁极配不同槽数的效率，即槽极比为3/2、3、6的的电机，我现在用的是9槽6极的电机，既第一幅图。可以看到其效率曲线与空心杯大为不同，在0.5到0.85倍最大转速之间的效率都相当高。 在本机上，齿比为9：61，满油门空载输出转速计算为8000*7.6*9/61=8970，目前油门为60%左右，转速会有下降，估计效率还是不错。试验发现转速过高时会产生很大的震动，螺旋桨转速还是保持在4000左右比较合适，这时螺距也基本在螺旋桨设计螺距附近。 对于尾桨，这回改进了一点设计，将桨轴移到水平面，有效的减少了加载在尾杆上的扭矩，改善了一点飞行中的稳定性。之前用减速尾桨最大的问题就是由于电池电压的变化会导致快没电时出现尾桨动力不足的问题。现在由于是通过2S电池通过降压模块给尾桨供电，其电压恒定。通过测试表明，在4.9v时推力20g，电流0.5a，其效率算相当高了。目前降压到4.5v使用，尾桨悬停油门为50%,飞行下来电机温热。而且由于动力储备充足，锁尾效果也比以前效果要好的多。
下面根据图来讲
以上这个图为总览图，右边的螺旋桨上贴了透明胶带做的动平衡。 电池直接通过透明胶和胶水固定在脚架上了，插头用的3P的PH2.0。 通低电流和用于信号的连接线都使用了双股漆包线，可以非常有效的减轻重量。
这张图里从上到下为尾电调，wifi数传，飞控，气压计，降压模块。 飞控减震通过三点方式，将牙签穿过橡胶垫并在一定位置配合胶水来固定。 尾电调与降压模块都通过胶水直接与牙签固定，不做减震处理。
上图中间位置为改造的12A无刷电调，飞行根本不发热。
从这个角度可以看到主无刷电机，由于其外径达到了14mm，将两侧的舵机向外倾斜了才能保证不打到电机。
图中左侧那个小方块为自制的接收机，同时可以清楚的看到多层安装的电路板结构。
接下来就是飞行性能分析了
由于现在日志功能不能用，只能通过遥测来看，采样率大幅降低。
上图为悬停电压和电流的显示，可以看到其悬停电流为2.2A，功率大约为15w左右，电池容量为19wh，计算可以得到续航为76分钟，考虑可能还有其它损耗，就按60分钟算了。 目前由于没加光流，手动控制飞行保持60分钟的精神高度集中实在难以操作。所以就不放飞行时间的日志，后面光流和GPS都加上了再搞。
上图是震动的测量，目前看起来还行，按照wiki上意思低于30一般就没问题。
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发表于 2020-6-11 22:15
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