用KT板制作四轴飞行器机架的可行性

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇用KT板制作四轴飞行器机架的可行性范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要：四轴飞行器，又称四旋翼飞行器，国外又称Quadrotor，Four-rotor，4 rotors helicopter，X4-flyer等等，是一种具有四个螺旋桨的飞行器。大部分的四轴飞行器四个螺旋桨呈十字形对称结构，也有少数呈轴对称结构。kt板，目前市面上广泛使用的广告板材料，板体硬挺、轻盈、易于加工，也是航模制作中常用的材料。机架，指飞行器搭载动力、电子设备的结构，是飞行器的主要受力结构，是搭载电机、电子调速器、飞行控制板的重要平台。本文主要讨论使用KT板材料来制作四轴飞行器机架的可行性，以节约成本，并取得更好的飞行效果。

关键词：四轴飞行器、机架、结构、可行性分析

一、四轴飞行器简介

四轴飞行器是一种多轴飞行器，依靠四个电机和螺旋桨产生升力使得飞行器离地，飞行。和固定翼飞机不同，它通过旋翼的旋转使飞机升空，可垂直起降，无需速度即可产生升力。它的四个旋翼大小相同，分布位置对称。当飞行器四个电机转速发生改变时，就可以实现升力的变化控制，从而控制飞行器的姿态和位置。当4个旋翼的转速相等且所产生的升力之和等行器自身重力时，飞行器处于悬停状态；在悬停的基础上，飞行器的任意一组旋翼转速等量增大或减小而另一组旋翼转速不变时，飞行器将产生偏航运动；同时等量增大或减小4个旋翼转速时，飞行器将向上或向下运动；当其中一个旋翼转速增大或减小，对角线上旋翼转速等量的减小或增大时，飞行器将向旋翼转速减小的一侧倾斜，产生俯仰运动或者滚转运动。【1】四轴飞行器主要由机架、电动机、螺旋桨、电子调速器、飞行控制板、遥控接收机、电池等部件构成。其中，机架为主要的受力部件，承受飞行时电机的拉力、飞行器自身的重力以及做机动动作时的过载等。机架是飞行器的骨架，是整个飞行器中最重要的承重结构。

近年来，得益于微型自动控制系统的发展，四旋翼飞行器发展十分迅速，其应用领域不断扩展，被广泛地使用与航拍、遥感、测量、灾害监测、环境监测和一些商业活动中。

二、四轴飞行器机架的分析

四轴飞行器机架可分为机臂、中心板两部分。4个机臂用螺丝与中心板结合为一体，构成机架。其中，机臂圆形末端安装电机，另一端与中心板相连，中心板上搭载飞行控制板、接收机、电池等设备。为保证飞行性能，目前市场上的机架多为十字对称型，也有少数轴对称型。而出于强度和厂家生产成本考虑，中心板多使用玻璃纤维板制作，机臂多使用尼龙材料制作。还有一些专业人士出于重量和强度的特殊要求，使用更为昂贵的碳纤维材料制作机架，其强度和重量都是普通机架无法比拟的。

三、使用KT板代替普通机架的初步可行性分析

1.KT板特性

KT板是一种PS（聚苯乙烯）发泡板材，板体挺括、轻盈、不易变质、易于加工，并可直接在板上丝网印刷、油漆（需要检测油漆适应性）及喷绘，广泛用于广告展示、建筑装饰、文化艺术及包装等方面。KT板比较成熟的生产工艺可分为冷复合与热复合，对应的称为冷板和热板。冷板板面平整，板材整体硬度高，因而在航模制作当中，常使用冷板。

2.初步可行性分析

在航模运动中，KT板材料飞机屡见不鲜。一方面是因为飞机本身低速、重量轻、过载小的特点，另一方面也是由于KT板本身的强度基本上符合飞行要求。在面积大，受力强的地方，需要用一到两根3～6mm直径的玻璃纤维杆或者碳纤维杆做加强，这样的组合，使强度和重量有了最佳的配比和平衡。

四轴飞行器在飞行过程中，不会像固定翼航模那样有较高的速度，较大的过载。但由于结构的特殊性，四轴飞行器自身的重量比固定翼航模稍重，在使用KT板材料做主体的同时，使用玻璃纤维杆来加强，理论上能承受住飞行时电机的拉力、飞行器自身的重力等。因此，使用这种KT板加玻璃纤维杆的组合，来代替普通机架是可行的。

四、试制KT板四轴飞行器

为了对比，准备一个成品四轴飞行器，使用的是普通机架。

1、设计阶段。

在AutoCAD软件中参照市场上销售的普通机架，画出适合KT板机架的零件设计图。其中，每个机臂使用KT板，三层，其中间用两根直径5mm的玻璃纤维杆加强。中心板使用轻木板，上下两层，使用热熔胶和尼龙扎带连接机臂，不可拆卸式。将图纸送至模型店加工，为了制作精确，使用激光切割机加工，制出KT板四轴飞行器所需零件。

2、制作阶段。

KT板与KT板之间、KT板与玻璃纤维杆之间、KT板与中心板之间均主要使用热熔胶粘接，强度符合要求。两层中心板之间夹玻璃纤维杆，用尼龙扎带扎紧，上热熔胶固定。

机架制作完成后做了初步形变测试：将质量与成品四轴（包括电池）相同的重物放在中心板上，用钢卷尺测量其形变，以测试其强度。结果：放上重物后，中心板下沉越2mm，整个机架无抖动。强度符合要求。

机架制作完成后，开始安装电子设备。为控制变量，力求精确，电子设备的使用与上面提到的成品四轴在品牌、外形、重量、参数上均一致，安装方法略有不同。

3、试飞阶段。

试飞场地选择在宽阔的室外，周围无树木、房屋、电线杆等影响飞行的地物。试飞时间选择在无风或微风的下午至傍晚时间段。

测试结果：KT板四轴飞行时各项性能均良好，飞行时稳定，无震颤。俯仰、侧倾、旋转等动作均能正常完成，与普通四轴无异。

综上，KT板四轴试制成功。

五、KT板四轴飞行器与普通四轴飞行器的对比测试

本次要对比的项目有：悬停油门、重量（不含电池）、续航时间、价格。

测试方法：悬停油门和续航时间同时测试。测试场地为宽敞无风的室内。测试悬停油门和续航时间时，先将两块相同的电池一起充满电，然后分别装在两架飞机上测试。然后再次同时充满电，将两块电池互换后再分别装在两架飞机上测试。从遥控器上获取两组数据，取平均值。测量重量时，取下电池，分别将两架飞行器放置于电子秤（精确到g）上，直接读取数据。由于电子设备为同品牌同型号，不考虑在内，只考虑机架的成本。机架的价格取样5家淘宝网店（销量、人气接近），取平均。

从对比结果可以看出，在重量上，KT板四轴飞行器有着明显的优势，因而所需的悬停油门比普通四轴低，续航时间较普通四轴飞行器有所延长。而在价格方面，由于所用材料简单，KT板四轴飞行器也比普通四轴有优势。但是在强度方面，KT板机架有所欠缺。

六、结论

经过以上的测试，可以得出结论，使用KT板代替普通尼龙来制作机架是可行的。KT板机架有着重量、价格上的优势，但也有强度上的短板。所以在小载重、低过载的四轴飞行器上，KT板机架比普通机架有优势。但是在大载重、高过载的四轴飞行器上，KT板与玻璃纤维杆的组合已经不再符合强度要求，只能使用普通机架或者其它材料的机架。

参考文献：

[1] 田卫军，李郁，何扣芳，刘恒，殷锐.四轴旋翼飞行器结构设计与模态分析[J].制造业自动化.2014-4.37-39.