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玩轉(zhuǎn)多旋翼無人機(jī),無人機(jī)是怎么飛起來的呢?

玩轉(zhuǎn)多旋翼無人機(jī),無人機(jī)是怎么飛起來的呢?
要想玩轉(zhuǎn)多旋翼無人機(jī),不但要了解多旋翼無人機(jī)是由哪些部件構(gòu)成的
無人機(jī)是怎么飛起來的呢?下面我們以四旋翼無人機(jī)為例

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

無人機(jī)是怎么飛起來的呢?

下面我們以四旋翼無人機(jī)為例,來學(xué)習(xí)多旋翼無人機(jī)的飛行原理。其實(shí)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(jī)也是一樣。一架四旋翼無人機(jī)有四個旋翼,當(dāng)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(jī)自身的重力,無人機(jī)就會起飛(如圖1)。當(dāng)向上的力和重力相等的時候,無人機(jī)就能懸停在空中。也就是說,當(dāng)四個電機(jī)全部加速時,無人機(jī)上升(如圖2);當(dāng)四個電機(jī)全部減速時,無人機(jī)下降。

我們經(jīng)過前面的學(xué)習(xí),已經(jīng)知道無人機(jī)起飛的這一過程具體是怎么樣實(shí)現(xiàn)的。

現(xiàn)在,我們一起來鞏固一下!首先,由無人機(jī)操控員(以下簡稱飛手)給遙控器和無人機(jī)接通電源;接著,飛手通過遙控器給無人機(jī)發(fā)送起飛的信號,也就是推動油門桿;無人機(jī)上的接收機(jī)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(jī)開始轉(zhuǎn)動,然后電機(jī)會帶動螺旋槳快速旋轉(zhuǎn),當(dāng)螺旋槳產(chǎn)生的升力大于無人機(jī)的重力時,無人機(jī)就起飛了。

我們知道,除了上升和下降之外,無人機(jī)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(jī)也是一樣,要想向前飛行,需要先使無人機(jī)向前傾斜,用前傾的力量帶動無人機(jī)向前飛行。對于四旋翼無人機(jī)來說,就需要讓后面的兩個電機(jī)加速,前面的兩個電機(jī)減速。如圖3所示,1、2號電機(jī)減速,3、4號電機(jī)加速。通過螺旋槳加速減速的變化,無人機(jī)就有了向前傾斜的姿態(tài),保持這個姿態(tài)不變,無人機(jī)就會向前飛行了,是不是很簡單?那么,你可以說出無人機(jī)向后飛行是如何實(shí)現(xiàn)的嗎?

無人機(jī)向左飛行又是如何實(shí)現(xiàn)的呢?

與向前飛相似,當(dāng)無人機(jī)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(jī)右側(cè)的電機(jī)加速,左側(cè)的電機(jī)減速,產(chǎn)生姿態(tài)的變化,從而使無人機(jī)向左側(cè)飛行。如圖4所示,1、4號電機(jī)加速,2、3號電機(jī)減速。那么無人機(jī)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(jī)旋轉(zhuǎn)又是如何實(shí)現(xiàn)的呢?

這種航向上的改變實(shí)際上和反扭力相關(guān)。反扭力是什么呢?無人機(jī)上順時針旋轉(zhuǎn)的螺旋槳是會反過來給機(jī)身一個力的,這個力會使機(jī)身反方向旋轉(zhuǎn)。所以對于一架四旋翼無人機(jī)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(dāng)我們想讓無人機(jī)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(jī)向逆時針方向旋轉(zhuǎn)。反過來,無人機(jī)就會向順時針方向旋轉(zhuǎn)。

如圖5所示,當(dāng)我們向無人機(jī)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(jī)會加速旋轉(zhuǎn),順時針旋轉(zhuǎn)的2號和4號電機(jī)會減速旋轉(zhuǎn),從而使無人機(jī)向右轉(zhuǎn)。那么無人機(jī)是如何向左轉(zhuǎn)的呢?快來思考一下吧!

小知識:無人機(jī)發(fā)出的“嘀嘀”聲,可不是喇叭發(fā)出來的,而是電機(jī)發(fā)出來的。事實(shí)上,無人機(jī)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(jī)的各種飛行動作是如何實(shí)現(xiàn)的,那么同學(xué)們能分析出六旋翼無人機(jī)(如圖6)的各種飛行動作是如何實(shí)現(xiàn)的嗎?

接下來,我們以四旋翼無人機(jī)(紅色為機(jī)頭)和美國手為例,把無人機(jī)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(jī)的響應(yīng)應(yīng)該是什么樣的,做到清楚明白地去飛行。

當(dāng)我們拿到無人機(jī)做好了飛行前的準(zhǔn)備后,就可以起飛了。對絕大部分無人機(jī)來說,都要先進(jìn)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(jī)的四個電機(jī)會加速旋轉(zhuǎn)。當(dāng)升力大于重力之后,無人機(jī)就會脫離地面。這時候要注意,應(yīng)該讓無人機(jī)持續(xù)上升,直至上升到安全高度,而不應(yīng)離地面過近,因?yàn)榻孛娴膩y流會使無人機(jī)發(fā)生晃動,容易發(fā)生危險。

無人機(jī)起飛之后,我們就可以進(jìn)行其他的操作了。當(dāng)我們將右手的搖桿向前推時,后面的兩個電機(jī)會加速,前面的兩個電機(jī)會減速,于是我們會看到無人機(jī)向前產(chǎn)生傾斜,此時若保持推桿不動,無人機(jī)就會向前飛行。同理,當(dāng)我們將右手的搖桿向后拉,無人機(jī)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(dāng)我們將右手的搖桿向左壓時,無人機(jī)右側(cè)的電機(jī)會加速,左側(cè)的電機(jī)會減速,無人機(jī)會向左側(cè)傾斜,當(dāng)我們保持壓桿不動,無人機(jī)就會向左側(cè)飛行。同理,當(dāng)我們將右手的搖桿向右壓,無人機(jī)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(dāng)我們將左手的搖桿向左壓的時候,無人機(jī)順時針旋轉(zhuǎn)的電機(jī)加速,逆時針旋轉(zhuǎn)的電機(jī)減速,不平衡的反扭力會使無人機(jī)逆時針旋轉(zhuǎn)。同理,當(dāng)我們將左手的搖桿向右壓時,無人機(jī)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(jī)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(jī)更加感興趣了呢?下一期,我們將要介紹與無人機(jī)飛行有關(guān)的內(nèi)容了!

小知識:無人機(jī)的飛行操控看起來很簡單,但是想要飛好無人機(jī),拍攝出漂亮的畫面,是需要持之以恒地練習(xí)的。用無人機(jī)進(jìn)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(jī)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)

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