垂直运动
无人机利用旋(xuán)翼实现(xiàn)前进和停止。力的相(xiàng)对(duì)性意味着旋翼推动空气时,空气也会(huì)反向推动旋翼。这是无(wú)人机能(néng)够上上下下(xià)的基本(běn)原理。进而,旋翼旋转(zhuǎn)地越(yuè)快,升力就(jiù)越大,反之亦然(rán)。
现在的无人机能够做三件事情:悬停(tíng)、爬(pá)升和降低(dī)。当悬停时,无人机四个旋翼产生的推(tuī)力等(děng)于向(xiàng)下的重力(lì)。这非常容易(yì)理解。那(nà)么如何实现爬升?增加(jiā)四个旋翼的(de)推力从而产生一(yī)个大于重力的向上(shàng)的(de)力。在该动作完成(chéng)之后,无(wú)人机(jī)的推(tuī)力可以相对(duì)减(jiǎn)少,但为了使其(qí)继续向上飞(fēi)行(háng),那(nà)么(me)仍必须**向上的力(lì)要大(dà)于向下(xià)的力。使无人机降低(dī)的要(yào)求则相反:需要(yào)减少旋翼(yì)的推力速度,此时(shí)合力向下。
旋(xuán)转
如(rú)何使一个正在朝北飞(fēi)的无人机掉(diào)头向南飞?此时旋翼的运动原理又是什么?

如图所示,红色(sè)的旋翼呈逆时针(zhēn)旋转,绿色(sè)的(de)旋翼呈顺时针旋(xuán)转(zhuǎn)。当这两(liǎng)组(zǔ)旋(xuán)翼向相反(fǎn)方向旋转时,无人(rén)机的总动力为零(líng)。角动力值与线性动力值很像(xiàng),可以用角(jiǎo)速度(dù)乘惯性矩计算得出。可(kě)以(yǐ)说,角动力取决于旋翼(yì)旋转的速度。
假设红色旋翼有一个值为正的角动量,而绿(lǜ)色旋翼有一(yī)个值为负的角动量,每个(gè)旋(xuán)翼的值分为+2、+2、-2、-2,那么此时所有的力加起来为零(líng)。无人(rén)机即能实现悬(xuán)停。
而要(yào)使无人机向右(yòu)转(zhuǎn),则需要降低旋翼1的角(jiǎo)速度。但是(shì),虽然(rán)来自旋翼1的推力缺失能使无人(rén)机改变运动方向,但与此同时向上的力(lì)不等(děng)于(yú)向下的重(chóng)力,所(suǒ)以无人机会下(xià)降。那么,如何使(shǐ)无人机在改变方向时保持高度不变?
降低旋翼1和3旋转速度的同时,增加旋翼2和4的旋(xuán)转速(sù)度。此时旋翼(yì)的角动力(lì)仍然不为零,所以无(wú)人(rén)机能够旋转。而(ér)总力仍然(rán)等于重(chóng)力,则无人机能够保持(chí)在(zài)同一高度。由于向同(tóng)一(yī)方(fāng)向(xiàng)旋转(zhuǎn)的旋(xuán)翼角为对角(jiǎo),所以无人机仍然可以保持平衡。
向前飞行和(hé)侧向飞行
无(wú)人机向前和向后的运动原理有什么区(qū)别?其实没有,因为无人机(jī)是对称的。这同样适用于侧(cè)向(xiàng)运动。一架(jià)四轮无人机就像一(yī)辆(liàng)每(měi)一面都可作为正面的车,所以(yǐ)了如何向前也就解释了如何向后或(huò)向两侧移动(dòng)的问(wèn)题。
那么具体(tǐ)该如何(hé)操作(zuò)?

增加旋翼3和4的(de)旋转速(sù)率,降(jiàng)低旋翼1和2 的(de)速率。此时,总推力与重量相等,因(yīn)此无人机能够保持高(gāo)度不变(biàn)。此外,由于一个位于后(hòu)方的旋(xuán)翼(yì)是逆时针(zhēn)旋转(zhuǎn),而另一个为顺时针旋转,所以增(zēng)加的旋(xuán)转力仍然会为零,前(qián)方的旋翼情况相同。所以整体上(shàng)无人机的方向不会改变。然(rán)而,无人机后部(bù)旋(xuán)翼所增加的力(lì)会(huì)使其向前(qián)倾斜(xié),因此应该稍微增加所有旋(xuán)翼(yì)的推力从而产生一个(gè)净推力,其中的一个分力可以用(yòng)来(lái)平衡重量(liàng)和向前运动的力。
学会使用计算(suàn)机系统
操作无人机的每个动(dòng)作都是通过改变(biàn)一个(gè)或多个旋翼的转速完成,为了(le)用一个控制器控制全部旋(xuán)翼要善用某种计算机(jī)控制系统。此外,无人机(jī)的加速器和陀螺仪可以对每个旋翼(yì)进行微调,从而进一步提高飞(fēi)行的(de)简易性和(hé)稳定(dìng)性。所(suǒ)以如果让计算机系统完成所有的工(gōng)作,那么操纵无人机则相当容易。
理解无人机的飞行原理是不是很有趣?