为了更好飞给四轴飞行器增加升降缓冲及机外供电装置

刘进生+刘天阕

随着飞控性能的提高和售卖价格的降低，普及型四轴飞行器的使用者越来越多。这种模型可在狭小的室内空间里遥控飞行，且对使用者的操纵水平要求不高，適合初学者体验飞行的乐趣。

这种四轴飞行器在水平方向上易于操纵，飞行速度易于调整。由于其制作材料轻便耐摔，较为危险的旋翼部分又有护栏，因此偶尔撞墙也能继续飞行。然而美中不足的是，其在垂直方向上的操纵有点儿难，稍加油门就可能被“吸”在房顶，一减油门又会很快坠地，缓冲空间很小，初学者常常措手不及。要改善这种飞行器的升降特性，笔者认为有两个可尝试的方向：一是为它的油门操纵杆增加“回中”功能，二是从机体的重量和升力平衡入手。

普及型四轴飞行器的水平操纵杆一般都有“回中”弹簧，无论是做前后、左右还是旋转机动，只要操纵手松开杆，操纵杆就会自动回中，模型也会停止动作并维持在当前位置。但油门操纵杆不同，飞行前它处于关闭状态，即停留在最低的位置；模型一起飞，操纵手就要根据其飞行速度和高度缓慢向上推杆，让它慢慢上升；模型到达预定高度后，操纵手会将油门操纵杆拨回可让模型悬停的位置；如让模型上升或下降，可推杆或拉杆，并在其到达所需高度后，再次将油门操纵杆拨回可让模型悬停的位置。随着飞行器电源电压的降低，油门操纵杆的悬停位置会不断变化。也就是说，操纵手要靠经验选取油门操纵杆的悬停位置。对初学者来说难以掌握。

影响模型升降的因素，主要是其重力和动力系统所产生的升力。四轴飞行器基本采用电动动力，在飞行过程中重力基本没有变化。当升力等于重力时，模型有可能悬停，也有可能匀速上升（或下降）。如果它正好处于匀速下降状态，那么要想实现悬停，就得先推一点油门，让模型的下降速度减至0，然后立刻把操纵杆拨回到之前的杆位。而这种操作的前提是：操纵手非常熟悉模型油门操纵杆的杆量调整。为了让初学者也能自如地操纵四轴飞行器，笔者想出了一个解决的办法：在其上增加一个随高度变化的可变载荷。

这种方法参考了老式水雷“定深索”的办法，将1根2米长的细绳或两根2米长的电线作为可变载荷。绳线的一头固定在四轴飞行器的底部，另一头拖在地面。为保证模型重量基本不变，拆除了机上搭载的摄像头。在改装后的飞行器爬升时，只需推一点油门，并保持油门操纵杆在这一位置。当升力大于重力时，模型缓慢上升；随着模型离地高度增大，其下拖着的电线变长，整机重力变大；一旦重力等于升力，模型就会悬停在空中，此时不用再变换油门操纵杆的杆量。这样操纵手在模型快达到预定高度时只需慢慢收油门，并定在某一位置，就能让模型实现悬停，无需再让操纵杆快速回到悬停杆位。缺点是绳索的最大长度会决定模型的最大可操纵高度。

在遥控模型降低高度时，这种增加可变载荷的办法对操纵手法的简化更为明显。只要稍减油门并保持操纵杆在该位置，当升力小于重力时，模型就会缓慢下降；随着模型离地面高度减小，其下拖着的电线变短，整机重力减小；当重力等于升力时，模型便会重新悬停在空中，此时不用再变换油门操纵杆位置。也就是说，只要减小油门，最后模型总会悬停在某一较低的位置，油门操纵杆变成了高度操纵杆。

虽然在实际操作中，模型会因为惯性作用，先降到稍低于悬停点的位置，再“弹”起来，但最终会停在可变载荷控制的高度。在油门杆不动的情况下，模型若遇到外力，会出现高度方向的随机波动，相应地引起可变载荷的变化；载荷的变化又会将模型拉回原来的高度。也就是说，可变载荷会让模型具有自动保持当前高度的功能。

根据笔者的试验，用作可变载荷的绳线越长，对模型的升降缓冲效果越好。模友可根据自身需求选取不同长度和密度的拖线。增加这个装置后，初学者也能随心操纵模型稳定地悬停在拖线长度内的任意高度，甚至在室内，就能轻松自如地享受飞行的乐趣。不过一旦拖线离开地面，其在升降方向的缓冲效果就没有了。如果在室内飞行，可将拖线做得与室内场地的高度一致；而在室外的话，缓冲装置只能在近地面起作用。不过这也正是新手在操纵中最需要补救的地方。

之后笔者发现，如果用两根软质电线做可变载荷，还能衍生出一个新装置——机外供电设备。普及型四轴飞行器多使用小容量锂电池，飞行时间不超过10分钟。机体电池的充电不仅非常麻烦，而且耗费很长时间。改为机外供电的话，不仅省去了冗长且频繁的充电，机体重量还能减轻10克左右。改造时先拆去原机上的小电池，然后将用作可变载荷的两根软质电线兼做正负供电线，拖地端接上大容量锂电池或其他电源。

在机外供电的改装中，需要注意几点：

1.飞行前熟读模型的使用说明书。模型每次连续飞行时间不得超过说明书的要求，最好适当间隔降落，让模型的电动动力系统“休息”（散热）一下；

2.因为供电线过长，其两端压降较大，严重的能有几伏，所以需提高机外供电电源的终止飞行电压，以缩短供电时间。笔者的一块机外供电电池的终止飞行电压高达3.95伏。这一缺陷也可通过使用大容量锂电池做机外电源来弥补，或直接使用与原装电池的电压、电流相同的稳压电源供电。当然，也可选用较短或较粗的电线供电，但模型的缓冲高度和载荷变化范围会大大缩小。

3.为消除供电线的压降影响，保持电压稳定的机外供电，可在模型的电池位放置一个小小的开关型稳压模块（与模型原装电池的电压相同并能保证足够的电流输出）。机外电源以高电压、小电流方式输入，给稳压模块供电。但此法尚未试过。

目前笔者使用的四轴飞行器，最大直径40厘米，接了两根2米长、0.75平方毫米截面的多股软质电线。其中接负极的电线为裸线（剥去了外皮），两根拖线总重约25克。拖线两头用“T”形头连接，再与容量6 000毫安时的机外供电锂电池连接。每飞行10分钟，模型就得降落，以让其上电机、电调等动力系统部件散热。模型的飞行状况良好，其升降和悬停操纵较之前简单了很多。