我是無人機小飛手

北京小飛手教育科技有限公司/彭濤

對于常見的四旋翼無人機來說，其基礎飛行姿態主要有前進后退、左右平移、旋轉、滾轉和自轉幾種。仔細觀察還可發現，無人機運動時并不是簡單的平面運動，如前后及左右移動時，機身會向著移動方向發生一定程度的傾斜。這是由無人機飛行特性決定的——旋翼類無人機是通過電機帶動螺旋槳轉動獲得升力，在空中通過調節不同電機的轉速來改變飛行姿態。本文重點講解四旋翼無人機在上升下降、前進后退、左右平移及轉向姿態時電機的轉速變化。

一、垂直運動

做垂直運動時，無人機會保持在同一點位上升或下降。通常，同時增加4顆電機的輸出功率，旋翼的轉速增加、升力增大，無人機就會垂直上升。反之，同時減小4個電機的輸出功率，旋翼的轉速降低、升力減小，無人機便會垂直下降。若電機轉速恰好滿足螺旋槳的升力與整機重力相等，無人機則保持在空中懸停。當然，實際飛行時，無人機受環境因素的影響較大，單純依靠人為操縱保持懸停的難度不小，因此其通常內置自駕儀等電子設備，通過芯片實時計算出合適的電機轉速，以實現空中懸停的效果。

二、前進后退

無人機在懸停時可以進行前進后退移動（以機頭朝向為前進）。飛行時，無人機通過調整相鄰電機的輸出功率，改變機頭方向和機尾方向螺旋槳升力大小，進而實現移動。即無人機前進時機尾的2顆電機輸出功率增大，機頭的2顆電機輸出功率減小。此時，機頭處的升力力矩小于機尾處的升力力矩，使無人機被“推”向前。反之，當增大機頭處的電機輸出功率，減小機尾處的電機輸出功率時，機頭的升力力矩大于機尾的升力力矩，無人機被“拉”向后，實現后退飛行。

正是由于這種特殊的操縱方式，導致無人機的4顆螺旋槳一半升力降低而另一半升力提高，升力低的位置會低于升力高的位置，即看上去無人機在移動時會低頭或抬頭。因此，實際操縱時，也可以通過觀察無人機的飛行姿態判斷飛行方向——總是向著低頭那一側飛行。

向左平移的無人機

三、左右平移

無人機左右平移的原理與前進后退相似。若無人機左側2顆電機的輸出功率降低，右側電機的輸出功率增加，則向左側平移飛行。反之，若無人機右側電機輸出功率降低，左側電機功率增加，則向右平移。

四、滾轉

四旋翼無人機的滾轉比較特殊，其不再以機身中線為軸線轉動，而是以其中一對電機臂為軸向轉動。飛行時，保持其中一對對向的電機轉速不變。同時，分別調整另一對對向的電機輸出功率：一個電機輸出功率降低，另一個電機輸出功率增加。此時，無人機會向電機功率降低的一側滾轉。

五、自轉

向右自轉時無人機電機轉速示意圖

無人機自轉時，可改變機頭的朝向。需要說明的是，為了抵消螺旋槳旋轉時產生的扭矩，其4片槳葉的轉動方向并不相同，其中，對向的螺旋槳轉動方向相同，而相鄰的螺旋槳轉動方向相反。

以右轉為例，俯瞰無人機，其左上和右下的電機（順時針轉動）輸出功率同時增加，右上和左下的電機（逆時針轉動）輸出功率同時減小。此時，逆時針轉動的一組螺旋槳扭矩會大于順時針轉動的一組螺旋槳扭矩。在反扭矩的作用下，無人機開始順時針轉動，即右轉。反之，減小順時針轉動螺旋槳的電機輸出功率，增加逆時針轉動螺旋槳的電機輸出功率，在反扭矩的作用下，無人機開始逆時針轉動，即左轉。