玩轉(zhuǎn)多旋翼無人機（上）

姜連濤

要想玩轉(zhuǎn)多旋翼無人機，不但要了解多旋翼無人機是由哪些部件構(gòu)成的，還要了解與無人機飛行相關(guān)的知識，主要包括無人機飛行原理，也就是無人機是怎么飛起來的，是如何實現(xiàn)各種飛行動作的，以及無人機的操作原理，也就是了解如何用遙控器來操作無人機飛行，并且要掌握一些簡單的操作方法。

無人機是怎么飛起來的呢？下面我們以四旋翼無人機為例，來學(xué)習(xí)多旋翼無人機的飛行原理。其實很簡單，任何東西想要飛起來，都得先克服自身的重力。鳥兒揮動翅膀，火箭向下噴出高壓氣體，都是在克服自身重力，以便讓自己能飛離地面。多旋翼無人機也是一樣。一架四旋翼無人機有四個旋翼，當四個旋翼高速旋轉(zhuǎn)的時候，會使上方氣流通過螺旋槳后加速向下，好比風(fēng)扇一樣，這時所產(chǎn)生的向上的力如果大于無人機自身的重力，無人機就會起飛（如圖1）。當向上的力和重力相等的時候，無人機就能懸停在空中。也就是說，當四個電機全部加速時，無人機上升（如圖2）；當四個電機全部減速時，無人機下降。

我們經(jīng)過前面的學(xué)習(xí)，已經(jīng)知道無人機起飛的這一過程具體是怎么樣實現(xiàn)的?，F(xiàn)在，我們一起來鞏固一下！首先，由無人機操控員（以下簡稱飛手）給遙控器和無人機接通電源；接著，飛手通過遙控器給無人機發(fā)送起飛的信號，也就是推動油門桿；無人機上的接收機接收到這一指令后，會傳送給飛控來處理；飛控緊接著控制四個電調(diào)使四個電機開始轉(zhuǎn)動，然后電機會帶動螺旋槳快速旋轉(zhuǎn)，當螺旋槳產(chǎn)生的升力大于無人機的重力時，無人機就起飛了。

我們知道，除了上升和下降之外，無人機還可以向前向后飛，向左向右飛，還可以旋轉(zhuǎn)。那么，這些動作是怎么做出來的呢？

我們以向前飛行為例，講解一下這個動作是如何完成的。就像人在平地上走路一樣，如果你想要向前走，把動作分解開來，應(yīng)該是身體先向前傾，然后邁出左腳或右腳。無人機也是一樣，要想向前飛行，需要先使無人機向前傾斜，用前傾的力量帶動無人機向前飛行。對于四旋翼無人機來說，就需要讓后面的兩個電機加速，前面的兩個電機減速。如圖3所示，1、2號電機減速，3、4號電機加速。通過螺旋槳加速減速的變化，無人機就有了向前傾斜的姿態(tài)，保持這個姿態(tài)不變，無人機就會向前飛行了，是不是很簡單？那么，你可以說出無人機向后飛行是如何實現(xiàn)的嗎？

無人機向左飛行又是如何實現(xiàn)的呢？與向前飛相似，當無人機要向左飛行時，也需要先做出向左傾斜的姿態(tài)，這時候就需要無人機右側(cè)的電機加速，左側(cè)的電機減速，產(chǎn)生姿態(tài)的變化，從而使無人機向左側(cè)飛行。如圖4所示，1、4號電機加速，2、3號電機減速。那么無人機如何向右側(cè)飛行呢？請各位同學(xué)自己思考一下吧。

無人機旋轉(zhuǎn)又是如何實現(xiàn)的呢？這種航向上的改變實際上和反扭力相關(guān)。反扭力是什么呢？無人機上順時針旋轉(zhuǎn)的螺旋槳是會反過來給機身一個力的，這個力會使機身反方向旋轉(zhuǎn)。所以對于一架四旋翼無人機來說，四個旋翼需要有兩個順時針旋轉(zhuǎn)，兩個逆時針旋轉(zhuǎn)，這樣就可以恰好互相抵消掉反扭力。那么，當我們想讓無人機旋轉(zhuǎn)的時候，就可以合理地利用這個反扭力了。如果順時針旋轉(zhuǎn)的螺旋槳加速，逆時針旋轉(zhuǎn)的螺旋槳減速，這時候順時針旋轉(zhuǎn)的螺旋槳所帶來的反扭力就會大于逆時針旋轉(zhuǎn)的螺旋槳的反扭力，從而使飛機向逆時針方向旋轉(zhuǎn)。反過來，無人機就會向順時針方向旋轉(zhuǎn)。

如圖5所示，當我們向無人機發(fā)出向右轉(zhuǎn)的指令后，逆時針旋轉(zhuǎn)的1號和3號電機會加速旋轉(zhuǎn)，順時針旋轉(zhuǎn)的2號和4號電機會減速旋轉(zhuǎn)，從而使無人機向右轉(zhuǎn)。那么無人機是如何向左轉(zhuǎn)的呢？快來思考一下吧！

小知識：無人機發(fā)出的“嘀嘀”聲，可不是喇叭發(fā)出來的，而是電機發(fā)出來的。事實上，無人機是不裝喇叭的。怎么樣，神奇吧！

小問答：我們了解了四旋翼無人機的各種飛行動作是如何實現(xiàn)的，那么同學(xué)們能分析出六旋翼無人機（如圖6）的各種飛行動作是如何實現(xiàn)的嗎？

接下來，我們以四旋翼無人機（紅色為機頭）和美國手為例，把無人機的飛行和遙控器的操控結(jié)合起來，從根本上了解飛手的操控和無人機的響應(yīng)應(yīng)該是什么樣的，做到清楚明白地去飛行。

當我們拿到無人機做好了飛行前的準備后，就可以起飛了。對絕大部分無人機來說，都要先進行解鎖操作，以防誤碰發(fā)生危險。解鎖操作應(yīng)該根據(jù)設(shè)定好的方法來操作，比如內(nèi)八或外八解鎖（如圖7）。解鎖之后，我們應(yīng)該輕推油門桿，即將左手的搖桿向上推，這時候無人機的四個電機會加速旋轉(zhuǎn)。當升力大于重力之后，無人機就會脫離地面。這時候要注意，應(yīng)該讓無人機持續(xù)上升，直至上升到安全高度，而不應(yīng)離地面過近，因為近地面的亂流會使無人機發(fā)生晃動，容易發(fā)生危險。

無人機起飛之后，我們就可以進行其他的操作了。當我們將右手的搖桿向前推時，后面的兩個電機會加速，前面的兩個電機會減速，于是我們會看到無人機向前產(chǎn)生傾斜，此時若保持推桿不動，無人機就會向前飛行。同理，當我們將右手的搖桿向后拉，無人機將會向后飛行。由此可知，右手搖桿的推拉對應(yīng)著升降舵，我們通常將向前推叫作推桿，向后拉叫作拉桿（如圖9）。

當我們將右手的搖桿向左壓時，無人機右側(cè)的電機會加速，左側(cè)的電機會減速，無人機會向左側(cè)傾斜，當我們保持壓桿不動，無人機就會向左側(cè)飛行。同理，當我們將右手的搖桿向右壓，無人機將會向右飛行。由此可知，右邊搖桿的左右壓桿對應(yīng)著副翼舵，我們通常稱呼它們?yōu)樽蟾币砗陀腋币恚ㄈ鐖D10）。

當我們將左手的搖桿向左壓的時候，無人機順時針旋轉(zhuǎn)的電機加速，逆時針旋轉(zhuǎn)的電機減速，不平衡的反扭力會使無人機逆時針旋轉(zhuǎn)。同理，當我們將左手的搖桿向右壓時，無人機將會順時針旋轉(zhuǎn)。由此可知，左邊搖桿的左右壓桿對應(yīng)著方向舵（如圖11）。

好了，無人機基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)到這里就要告一段落了。學(xué)好了理論知識，飛行才能得心應(yīng)手。學(xué)習(xí)了這些知識之后，同學(xué)們是不是對無人機更加感興趣了呢？下一期，我們將要介紹與無人機飛行有關(guān)的內(nèi)容了！

小知識：無人機的飛行操控看起來很簡單，但是想要飛好無人機，拍攝出漂亮的畫面，是需要持之以恒地練習(xí)的。用無人機進行航拍最重要的是要做到飛平飛穩(wěn)，而不是滿天亂飛哦！

小問答：一架四旋翼無人機裝有四個螺旋槳，我們知道其中有兩個是順時針轉(zhuǎn)的，另外兩個是逆時針轉(zhuǎn)的，那么同學(xué)們知道這四個螺旋槳應(yīng)該按照什么順序來安裝嗎？

（編輯 白 鳥）