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无人机这么火,你知道它的飞行原理吗?

时间:2017-05-28 20:39来源:36氪(北京) 作者:中国通航 点击:
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科普!无人机这么火,你知道它的飞行原理吗?资料图:无人机。

无人机的发展正处于风口,市场价格也不是很贵。我拥有一架,并用它来拍我的狗和其他一些东西。在下文,我要谈到的是带有四个旋翼的遥控型无人机,而不是科学家用来研究气候变化且价格昂贵的大型无人机。

相比大型无人机,小型无人机操作起来很是方便。熟练的操作者可以使其往任意方向飞行,从而更好地满足拍摄需要。那么,无人机的飞行原理是什么?

垂直运动

无人机利用旋翼实现前进和停止。力的相对性意味着旋翼推动空气时,空气也会反向推动旋翼。这是无人机能够上上下下的基本原理。进而,旋翼旋转地越快,升力就越大,反之亦然。

现在的无人机能够做三件事情:悬停、爬升和降低。当悬停时,无人机四个旋翼产生的推力等于向下的重力。这非常容易理解。那么如何实现爬升?增加四个旋翼的推力从而产生一个大于重力的向上的力。在该动作完成之后,无人机的推力可以相对减少,但为了使其继续向上飞行,那么仍必须保证向上的力要大于向下的力。使无人机降低的要求则相反:需要减少旋翼的推力速度,此时合力向下。

旋转

如何使一个正在朝北飞的无人机掉头向南飞?此时旋翼的运动原理又是什么?

无人机这么火,你知道它的飞行原理吗?

如图所示,红色的旋翼呈逆时针旋转,绿色的旋翼呈顺时针旋转。当这两组旋翼向相反方向旋转时,无人机的总动力为零。角动力值与线性动力值很像,可以用角速度乘惯性矩计算得出。可以说,角动力取决于旋翼旋转的速度。

假设红色旋翼有一个值为正的角动量,而绿色旋翼有一个值为负的角动量,每个旋翼的值分为+2、+2、-2、-2,那么此时所有的力加起来为零。无人机即能实现悬停。

而要使无人机向右转,则需要降低旋翼1的角速度。但是,虽然来自旋翼1的推力缺失能使无人机改变运动方向,但与此同时向上的力不等于向下的重力,所以无人机会下降。那么,如何使无人机在改变方向时保持高度不变?

降低旋翼1和3旋转速度的同时,增加旋翼2和4的旋转速度。此时旋翼的角动力仍然不为零,所以无人机能够旋转。而总力仍然等于重力,则无人机能够保持在同一高度。由于向同一方向旋转的旋翼角为对角,所以无人机仍然可以保持平衡。

向前飞行和侧向飞行

无人机向前和向后的运动原理有什么区别?其实没有,因为无人机是对称的。这同样适用于侧向运动。一架四轮无人机就像一辆每一面都可作为正面的车,所以了如何向前也就解释了如何向后或向两侧移动的问题。

那么具体该如何操作?

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