玩轉多旋翼無人機（上）

姜連濤

要想玩轉多旋翼無人機，不但要了解多旋翼無人機是由哪些部件構成的，還要了解與無人機飛行相關的知識，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，來學習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的時候，會使上方氣流通過螺旋槳后加速向下，好比風扇一樣，這時所產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。

我們經過前面的學習，已經知道無人機起飛的這一過程具體是怎么樣實現的。現在，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使四個電機開始轉動，然后電機會帶動螺旋槳快速旋轉，當螺旋槳產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。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，保持這個姿態不變，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的嗎？

無人機向左飛行又是如何實現的呢？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，這時候就需要無人機右側的電機加速，左側的電機減速，產生姿態的變化，從而使無人機向左側飛行。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飛行呢？請各位同學自己思考一下吧。

無人機旋轉又是如何實現的呢？這種航向上的改變實際上和反扭力相關。反扭力是什么呢？無人機上順時針旋轉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。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，兩個逆時針旋轉，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的時候，就可以合理地利用這個反扭力了。如果順時針旋轉的螺旋槳加速，逆時針旋轉的螺旋槳減速，這時候順時針旋轉的螺旋槳所帶來的反扭力就會大于逆時針旋轉的螺旋槳的反扭力，從而使飛機向逆時針方向旋轉。反過來，無人機就會向順時針方向旋轉。

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

小知識：無人機發出的“嘀嘀”聲，可不是喇叭發出來的，而是電機發出來的。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的，那么同學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合起來，從根本上了解飛手的操控和無人機的響應應該是什么樣的，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，以防誤碰發生危險。解鎖操作應該根據設定好的方法來操作，比如內八或外八解鎖（如圖7）。解鎖之后，我們應該輕推油門桿，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。當升力大于重力之后，無人機就會脫離地面。這時候要注意，應該讓無人機持續上升，直至上升到安全高度，而不應離地面過近，因為近地面的亂流會使無人機發生晃動，容易發生危險。

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，無人機右側的電機會加速，左側的電機會減速，無人機會向左側傾斜，當我們保持壓桿不動，無人機就會向左側飛行。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著副翼舵，我們通常稱呼它們為左副翼和右副翼（如圖10）。

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

好了，無人機基礎理論的學習到這里就要告一段落了。學好了理論知識，飛行才能得心應手。學習了這些知識之后，同學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的內容了！

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的。用無人機進行航拍最重要的是要做到飛平飛穩，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的，另外兩個是逆時針轉的，那么同學們知道這四個螺旋槳應該按照什么順序來安裝嗎？

（編輯 白 鳥）