無人機的構造及飛行原理簡析（一）

多旋翼無人機，顧名思義就是由多個旋翼組成的無人機啦。現今多旋翼無人機應用于多個行業領域，常見的有森林防火、電力巡線、航拍航測、影視拍攝、土地規劃、農業飛防噴灑、環保檢查、現場救援、交通疏導等行業都用到了無人機。在無人機采購中多旋翼無人機又有四旋翼、六旋翼、八旋翼這3款不同類型在穩定性、外形尺寸上都有著不同之處。

下面讓我們看一下四旋翼無人機的基本構造圖：

四旋翼無人機的構成基本硬件有：飛行控制計算機（飛行控制器）、飛機支架、電機、旋翼。

無人機的飛行控制計算機是無人機的核心，在飛機中的作用相當于“人”的大腦，對無人機的穩定性、數據傳輸的可靠性、精確度、實時性等都有重要影響，對其飛行性能起決定性的作用。其系統一般由又由傳感器、機載計算機和伺服作動設備三大部分，實現的功能主要有無人機姿態穩定和控制、無人機任務設備管理和應急控制三大類。

傳感器：多軸無人機機身大量裝配的各種傳感器，包括GPS、氣壓計、陀螺儀、指南針以及地磁感應等，可以采集角速率、姿態、位置、加速度、高度和空速等，是飛控系統的基礎。

機載計算機：機載計算機作為無人機的CPU，是飛控的中樞系統，類似于人體大腦的中樞神經，負責整個無人機姿態的運算和判斷;同時，也操控著傳感器和伺服作動設備。

伺服作動設備：人機執行機構都是伺服作動設備，是導航飛控系統的重要組成部分。其主要功能是根據飛控計算機的指令，按規定執行動作。對于固定翼無人機來說，主要通過調整機翼角度和發動機運轉速度，實現對無人機的飛行控制。

說完多旋翼無人機的基本構造，那么我們就好開始介紹其的飛行原理是怎么樣的了，還是 以四旋翼無人機為例。

如下圖所示，三角形箭頭表示飛機的機頭朝向，螺旋槳M1、M3的旋轉方向為逆時針，螺旋槳M2、M4的旋轉方向為順時針。當飛行時，M2、M4所產生的逆時針反作用力（反扭矩）和M1、M3產生的順時針反作用力（反扭矩）相抵消，飛機機身就可以保持穩定。

不僅如此，多軸飛機的前后左右或是旋轉飛行的也都是靠多個螺旋槳的轉速控制來實現的：

這個很好理解，當飛機需要升高高度時，四個螺旋槳同時加速旋轉，升力加大，飛機就會上升。當飛機需要降低高度時同理，四個螺旋槳會同時降低轉速，飛機也就下降了。

之所以強調同時，是因為保持多個旋翼轉速的相對穩定，對保持飛行器機身姿態來說非常重要，看了之后的講究你就會明白了~

上面已經說了，當無人機各個電機轉速相同，飛機的反扭矩被抵消，不會發生轉動。但是當要飛機原地旋轉時，我們就可以利用這種反扭矩，M2、M4兩個順時針旋轉的電機轉速增加，M1、M3號兩個逆時針旋轉的電機轉速降低，由于反扭矩影響，飛機就會產生逆時針方向的旋轉。

多軸飛機與我們平時乘坐的客機不同，沒有類似客機那樣垂直于地面的螺旋槳，所以無法直接產生水平方向上的力來進行水平方向上移動。

當然這難不倒我們，還拿上圖的四旋翼來說，當需要按照三角箭頭方向前進時，M3、M4電機螺旋槳會提高轉速，同時M1、M2電機螺旋槳降低轉速，由于飛機后部的升力大于飛機前部，飛機的姿態會向前傾斜。

傾斜時的側面平視如下圖，這時螺旋槳產生的升力除了在豎直方向上抵消飛機重力外，還在水平方向上有一個分力，這個分力就讓飛機有了水平方向上的加速度，飛機也因而能向前飛行。

相反的：當M1、M2電機加速、M3、M4電機減速時，飛機就會向后傾斜，從而向后飛行。

同理可得：當M1、M4電機加速，M2、M3電機減速時，飛機向左傾斜，從而向左飛行；

當M2、M3電機加速，M1、M4電機減速時，飛機向右傾斜，從而向右飛行。

以上就是關于本期以四旋翼無人機為例，闡釋多旋翼無人機的構造和飛行原理的內容。