垂直运(yùn)动
无人机利(lì)用旋翼实现(xiàn)前进和停止。力(lì)的相对性意(yì)味着旋翼推动空(kōng)气时,空气(qì)也会反向推动旋翼。这是无人机能(néng)够上上下下(xià)的基本原理(lǐ)。进(jìn)而,旋翼旋转地越(yuè)快,升力就越大,反之亦(yì)然。
现在的无人机能够做三件事情:悬(xuán)停、爬(pá)升(shēng)和降低。当悬停时,无人机(jī)四个(gè)旋翼产生的推力等于向下的重(chóng)力。这非常(cháng)容易理解。那么如(rú)何(hé)实现爬升?增加四个旋(xuán)翼的推(tuī)力从而产生一(yī)个大(dà)于重(chóng)力的向上的力(lì)。在该动作完成之后,无人(rén)机的推力可以相对减少(shǎo),但为了使其继续向上飞行,那么仍必须**向上(shàng)的力要大于向下(xià)的力。使无人机降低的要求则(zé)相反:需要减少旋(xuán)翼的(de)推力(lì)速度,此时合力向(xiàng)下(xià)。
旋转
如何(hé)使一个正(zhèng)在(zài)朝北飞的无人机掉(diào)头(tóu)向(xiàng)南(nán)飞?此时旋翼的运(yùn)动原理又是什么?

如图所示,红色的旋翼呈逆时针旋转,绿色的旋翼呈顺时针旋转(zhuǎn)。当这两组旋翼向相反方向旋转时,无人机的总动(dòng)力为零。角动力值与线性动力值很像,可以用角速度乘(chéng)惯性矩(jǔ)计算得出。可以说,角动(dòng)力取决于旋翼旋转的速度(dù)。
假设红色旋(xuán)翼有一个值为正的角动量(liàng),而绿色(sè)旋翼有一个值为负(fù)的角(jiǎo)动量,每个旋翼的值分(fèn)为+2、+2、-2、-2,那么此时所有的力加起来为零。无人(rén)机(jī)即能实现悬停。
而要使无人机向(xiàng)右转,则(zé)需要(yào)降低旋翼1的角速度。但是,虽然来(lái)自旋(xuán)翼1的推力缺失能使无人机改(gǎi)变运动(dòng)方向,但与此(cǐ)同时向上的力不等(děng)于(yú)向下的重力(lì),所以无人机会下降。那么,如何使(shǐ)无人机(jī)在改变方向(xiàng)时保持高(gāo)度不(bú)变?
降低旋翼1和3旋(xuán)转速度的同时,增(zēng)加旋翼2和4的(de)旋转速度。此时旋翼的角动力仍(réng)然(rán)不为零,所(suǒ)以无人机(jī)能够(gòu)旋(xuán)转。而总力仍然等于重力(lì),则无人机(jī)能够保(bǎo)持在同一(yī)高度。由于向(xiàng)同一方向旋转的旋翼角为(wéi)对角,所以无人机仍然可(kě)以保持平(píng)衡。
向前飞行(háng)和侧向飞行
无人机向前和向(xiàng)后的运动原(yuán)理(lǐ)有什么区别?其实没有,因为无人机(jī)是对称的。这同样适用于(yú)侧向(xiàng)运(yùn)动。一架四轮无人(rén)机就像(xiàng)一(yī)辆(liàng)每一面都可(kě)作为正面的(de)车,所以(yǐ)了如何向前也就解释了如何向后或向两(liǎng)侧(cè)移动的问(wèn)题。
那么(me)具(jù)体该如(rú)何(hé)操作?

增加旋翼3和(hé)4的旋转速率,降低旋翼1和2 的速率(lǜ)。此时,总推力与重量相(xiàng)等,因此无人机能够保(bǎo)持高度不变(biàn)。此(cǐ)外,由于一个位于后(hòu)方(fāng)的旋翼是逆(nì)时针旋(xuán)转,而另一(yī)个为顺时针旋转,所(suǒ)以增加的旋转力(lì)仍然会为零,前方的旋(xuán)翼情况相同。所以整体上无人(rén)机的方向不(bú)会改(gǎi)变。然而,无(wú)人机后部旋翼(yì)所增(zēng)加的力会使(shǐ)其向前(qián)倾斜,因此应该稍(shāo)微增加所有(yǒu)旋翼的推力从而(ér)产生一个净推力,其中的一个分力可以用来平(píng)衡(héng)重量(liàng)和向(xiàng)前运(yùn)动的(de)力。
学(xué)会使用(yòng)计算机(jī)系(xì)统
操作无(wú)人机的每个动作都(dōu)是(shì)通过改变一个或多(duō)个旋翼的转速完成,为了用一个控制(zhì)器(qì)控(kòng)制全部旋(xuán)翼要善用某(mǒu)种计(jì)算机控制系统。此外,无人机的加速(sù)器(qì)和陀螺(luó)仪可以对每个旋翼进(jìn)行微调(diào),从而进一步提(tí)高飞行的简易(yì)性和稳定性。所(suǒ)以如果(guǒ)让计算机(jī)系统完成所有(yǒu)的工作,那么(me)操纵无人机则相(xiàng)当(dāng)容易。
理解(jiě)无人机的飞行原理是(shì)不是很有趣?