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多旋翼无人机入门原理

机器人网 · 公众号 · 机器人 · 2019-10-03 20:55

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旋翼和轮子一样，是一项神奇的发明。

四旋翼无人机更是化作了航拍机，满足了许多普通人关于天空的想象。

旋翼之所以能飞，玩过竹蜻蜓的朋友应该都知道：当手力搓动给了竹蜻蜓一个旋转的速度后就会产生升力，让竹蜻蜓起飞。

同理，多旋翼无人机也是由电机的旋转，使螺旋桨产生升力而飞起来的。比如四旋翼无人机，当飞机四个螺旋桨的升力之和等于飞机总重量时，飞机的升力与重力相平衡，飞机就可以悬停在空中了。

小时候看漫画，看到哆啦A梦和大雄头戴竹蜻蜓自由的在空中翱翔，就特别想和他们一样，可以飞翔在空中，俯瞰大地。

但是如果现在真有人发明出一模一样的竹蜻蜓，我肯定是不愿意戴的。因为飞起来的效果是这样的：

螺旋桨疯狂旋转，人也向反方向疯狂旋转......

整个人都转蒙了，还怎么看风景呢？

根据牛顿第三定律，旋翼在旋转的同时，也会同时向电机施加一个反作用力（反扭矩），促使电机向反方向旋转。这也是为什么现在的直升机都会带一个「小尾巴」，在水平方向上施加一个力，去抵消这种反作用力，保持直升机机身的稳定。

而回到四旋翼飞行器上，它的螺旋桨也会产生这样的力，所以为了避免飞机疯狂自旋，四旋翼飞机的四个螺旋桨中，相邻的两个螺旋桨旋转方向是相反的。

如下图所示，三角形红箭头表示飞机的机头朝向，螺旋桨M1、M3的旋转方向为逆时针，螺旋桨M2、M4的旋转方向为顺时针。

当飞行时，M2、M4所产生的逆时针反作用力（反扭矩）和M1、M3产生的顺时针反作用力（反扭矩）相抵消，飞机机身就可以保持稳定，不会像大雄那样「疯狂」自转了。

不仅如此，多轴飞机的前后左右或是旋转飞行的也都是靠多个螺旋桨的转速控制来实现的：

垂直升降

这个很好理解，当飞机需要升高高度时，四个螺旋桨同时加速旋转，升力加大，飞机就会上升。当飞机需要降低高度时同理，四个螺旋桨会同时降低转速，飞机也就下降了。

之所以强调同时，是因为保持多个旋翼转速的相对稳定，对保持飞行器机身姿态来说非常重要，看了之后的讲究你就会明白了~

原地旋转

上面已经说了，当无人机各个电机转速相同，飞机的反扭矩被抵消，不会发生转动。

但是当要飞机原地旋转时，我们就可以利用这种反扭矩，M2、M4两个顺时针旋转的电机转速增加，M1、M3号两个逆时针旋转的电机转速降低，由于反扭矩影响，飞机就会产生逆时针方向的旋转。

水平移动

多轴飞机与我们平时乘坐的客机不同，没有类似客机那样垂直于地面的螺旋桨，所以无法直接产生水平方向上的力来进行水平方向上移动。

当然这难不倒我们，还拿上图的四旋翼来说，当需要按照三角箭头方向前进时，M3、M4电机螺旋桨会提高转速，同时M1、M2电机螺旋桨降低转速，由于飞机后部的升力大于飞机前部，飞机的姿态会向前倾斜。

倾斜时的侧面平视如下图，这时螺旋桨产生的升力除了在竖直方向上抵消飞机重力外，还在水平方向上有一个分力，这个分力就让飞机有了水平方向上的加速度，飞机也因而能向前飞行。

相反的：当M1、M2电机加速、M3、M4电机减速时，飞机就会向后倾斜，从而向后飞行。

同理可得：当M1、M4电机加速，M2、M3电机减速时，飞机向左倾斜，从而向左飞行；
当M2、M3电机加速，M1、M4电机减速时，飞机向右倾斜，从而向右飞行。

这样一解释，是不是觉得多旋翼的飞行原理很简单？~

其实在多旋翼之前，人们是用更复杂的固定翼飞机和直升机来进行航拍的。

而直升机虽载重大、速度快，但是它结构非常复杂而精密，上千个零件无论是从调试还是保养方面都非常的麻烦。

相比而言，多旋翼的飞行原理简单，机身结构也就更加简单可靠，消费者可以很快的上手飞行而不需要过多的调试和保养，因此多旋翼很快占领了航拍市场。

最好是参加飞手正规培训，系统地学习无人机的基础知识，培训学什么，考试考什么，接下来针对这些准备了简洁易懂的解答。

1、什么是无人机？

无人机是一种由无线电遥控设备或自身程序控制装置操纵的无人驾驶飞行器。

2、无人机都有哪些？

从技术角度定义可以分为：无人直升机、无人固定翼机、无人多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机等。

3、什么是多旋翼无人机？

拥有三个及三个以上旋翼的飞行器。

4、什么是直升机无人机？

由一个或两个具有动力的旋翼提供升力并进行姿态操作的飞行器。

5、什么是固定翼无人机？

由固定在机身上具有翼型的机翼，通过与来流的空气发生相对运动产生升力的飞行器。

6、多旋翼无人机的优势：

（1）体积小、重量轻、噪音小、隐蔽性好，适合多平台，多空间使用；

（2）可以垂直起降，不需要弹射器、发射架进行发射；

（3）飞行高度低，具有很强的机动性，执行特种任务能力强；

（4）结构简单控制灵活，成本低，螺旋桨小，安全性好，拆卸方便，且易于维护。

7、无人机应用在哪些领域？

航空摄影、货物运输、政府民生、石油勘测、遥感航测。

8、多旋翼运用领域：

城市管理、农业、地质、气象、电力、电力巡检、抢险救灾、视频拍摄等行业。

9、直升机运用领域？

城市管理、农业、地质、气象、电力、电力巡检、抢险救灾、视频拍摄等行业。

10、飞手的工作范围都有哪些？

对飞机的组装与维护，飞行前的检查及飞行中对飞机的安全负责。

11、无人机如何进行航拍？

通过搭载云台与拍摄系统，进行第一人称视角的飞行。

12、无人机起飞之前应该注意哪些检查？

对飞机的检查：部件的衔接是否牢靠，布线是否安全，机载设备是否工作正常

对地面的检查：地面通讯、操作系统工作是否正常；

对环境的检查：周围环境是否适合作业及起降场地是否合理，空域有无申报。

13、什么是地面站？

架设在地面进行对无人机实时的监测及航线设定等预操作。

14、什么是美国手？

左手上下油门，左右方向，右手上下升降，左右副翼。

15、什么是日本手？

左手上下升降，左右方向，右手上下油门，左右副翼。

16、什么是飞行记录本？

记录从模拟器开始练习至目前的飞行经历的记录本。

17、什么是GPS模式？

对飞行器操作增加了由gps卫星进行的精确定位，可以精准定高和定点。

18、什么是手动模式？

GPS不参与飞行工作，飞行器不能定点和定高，由飞控本身的传感器进行增加稳定飞行操作的模式。

19、学习无人机技术对我们有哪些帮助？

成为一名经验丰富的飞手之前，首先应该清楚如何避免坠机？当无人机在高空飞行时，由于复杂的环境因素，当无人机处于失控的状态，一旦危险出现，可以挽回不必要的损失。

20、个人自学时候着重学习什么？

模拟器的练习、地面站的基本操作。

21、模拟器是什么？

借助电脑平台还原真实飞行。

22、学习无人机门槛要求？

年满17周岁、中等学历以上、身体健康、无犯罪记录。

23、AOPA是什么？

航空器拥有者与驾驶员协会。

24、驾驶员合格证是否国际通用？

中国（包括香港、澳门和台湾）的唯一合法代表。除在中国得到官方认可外，在全世界都是通用的。

25、考核过后多久可以拿到证件？

考试过后1个月的周期。

26、证件有效期是多久？

2年。

27、无人机驾驶员需求量？

目前全国对无人机驾驶员、机长的需求量大约在10万左右，但是真正符合资质的人目前只有2000余人。

28、驾驶员、机长、教员三者的区别？

驾驶员：

多旋翼无人机入门原理

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