垂直运动
无人机利用(yòng)旋翼实现(xiàn)前进和停止。力的(de)相对性意(yì)味着旋翼推动(dòng)空气时,空(kōng)气也(yě)会反向推动旋翼。这是无人机(jī)能够上上下下的(de)基本原理。进而,旋翼旋转地越快(kuài),升力就越大,反之亦然(rán)。
现在的(de)无人机能(néng)够做三件事情:悬停、爬升和降低。当悬停时,无(wú)人机四个(gè)旋(xuán)翼产生(shēng)的推力(lì)等于向下的重力。这非常(cháng)容易理解。那么如何实现爬升?增加四(sì)个旋翼的推力(lì)从而(ér)产生一个(gè)大于重力的向上的力。在该(gāi)动作完成之后,无人机(jī)的推力可以相对减(jiǎn)少,但为了使其继续(xù)向上飞行,那么(me)仍必须**向上的力要大于向下的力。使无人(rén)机降低的要求(qiú)则(zé)相反:需(xū)要减少(shǎo)旋翼的(de)推力速度,此(cǐ)时(shí)合力(lì)向下(xià)。
旋转
如(rú)何使一个正在朝北飞的无人机掉头向南飞(fēi)?此时(shí)旋翼的运动原理又是什么?

如(rú)图所示,红色的旋翼呈逆时针(zhēn)旋转,绿色的(de)旋翼呈顺(shùn)时针旋转。当这两组旋翼(yì)向相(xiàng)反(fǎn)方(fāng)向旋转时,无(wú)人机的总动力为(wéi)零(líng)。角动力值与线性动力值很像,可以用角速度(dù)乘(chéng)惯性矩(jǔ)计算得(dé)出(chū)。可(kě)以(yǐ)说,角动(dòng)力(lì)取决(jué)于旋翼旋转的速度。
假设(shè)红色旋翼有一个(gè)值为正的(de)角动(dòng)量,而绿色旋翼有一(yī)个值为负的角动量(liàng),每(měi)个旋翼的(de)值分(fèn)为+2、+2、-2、-2,那(nà)么此时所有的力(lì)加起(qǐ)来为(wéi)零。无人机即能实(shí)现悬(xuán)停。
而要使(shǐ)无人机向右(yòu)转,则需要(yào)降低旋(xuán)翼1的角速度。但是,虽然来自(zì)旋翼1的推力(lì)缺失能使无人机改变运动方向,但与此(cǐ)同时向(xiàng)上的力(lì)不等于向下(xià)的(de)重力,所以无人机会下(xià)降。那(nà)么,如何使(shǐ)无人机在改变方向时(shí)保持(chí)高(gāo)度不变?
降低旋翼1和3旋(xuán)转(zhuǎn)速度的同(tóng)时,增加(jiā)旋(xuán)翼2和4的旋转速度。此时旋翼的角动力仍(réng)然不为零,所以(yǐ)无人机能够旋转。而(ér)总力仍然等于重力,则无人机能够保持在同(tóng)一(yī)高度。由于(yú)向同一方(fāng)向(xiàng)旋转的旋(xuán)翼角为对角(jiǎo),所(suǒ)以(yǐ)无(wú)人机仍然可以保持平衡。
向前飞行和侧向飞行
无人机向前(qián)和向后的运(yùn)动原理(lǐ)有什么(me)区别(bié)?其实没有,因为无人机是(shì)对称的。这同样(yàng)适用于侧向运动(dòng)。一架四轮无人(rén)机就像一(yī)辆每一面都可作为(wéi)正面的车(chē),所以了(le)如(rú)何向前(qián)也就(jiù)解释了如何向后或(huò)向两侧移动的问题。
那么具(jù)体(tǐ)该如(rú)何操作?

增(zēng)加旋翼3和4的旋转速率,降低(dī)旋翼1和2 的速率。此时,总推力与重量(liàng)相等,因此无人机能(néng)够保持高(gāo)度(dù)不(bú)变。此外,由于(yú)一个(gè)位于后方的旋翼(yì)是逆时(shí)针(zhēn)旋转,而另一个为顺时针(zhēn)旋转(zhuǎn),所以增加的(de)旋转(zhuǎn)力仍然会为零,前方的旋翼(yì)情况(kuàng)相同。所以整体上无人机的方(fāng)向(xiàng)不会改变。然(rán)而,无(wú)人(rén)机后部旋翼所增加的力会使其向前倾斜,因此(cǐ)应该稍微增加所有旋(xuán)翼的(de)推(tuī)力从而产(chǎn)生一(yī)个净推(tuī)力,其中的一个分力可以用来平衡重量和向前运动的力。
学会使用计算机系统
操作无人机的每个动作(zuò)都是通(tōng)过改变(biàn)一个(gè)或多(duō)个旋翼的转速(sù)完成(chéng),为了用一(yī)个控制器控制全部旋(xuán)翼要善用某种计算(suàn)机控制(zhì)系统。此外,无人机的加速器和(hé)陀螺仪可以对每个旋翼(yì)进行微调,从而进一步提高飞行(háng)的(de)简(jiǎn)易性和稳定性。所(suǒ)以如果让(ràng)计算机(jī)系统(tǒng)完(wán)成所有的工作,那么操纵无人机则(zé)相当(dāng)容易。
理解(jiě)无人机的飞行(háng)原(yuán)理(lǐ)是不是很有(yǒu)趣(qù)?