我是无人机小飞手

北京小飞手教育科技有限公司/彭涛

对于常见的四旋翼无人机来说，其基础飞行姿态主要有前进后退、左右平移、旋转、滚转和自转几种。仔细观察还可发现，无人机运动时并不是简单的平面运动，如前后及左右移动时，机身会向着移动方向发生一定程度的倾斜。这是由无人机飞行特性决定的——旋翼类无人机是通过电机带动螺旋桨转动获得升力，在空中通过调节不同电机的转速来改变飞行姿态。本文重点讲解四旋翼无人机在上升下降、前进后退、左右平移及转向姿态时电机的转速变化。

一、垂直运动

做垂直运动时，无人机会保持在同一点位上升或下降。通常，同时增加4颗电机的输出功率，旋翼的转速增加、升力增大，无人机就会垂直上升。反之，同时减小4个电机的输出功率，旋翼的转速降低、升力减小，无人机便会垂直下降。若电机转速恰好满足螺旋桨的升力与整机重力相等，无人机则保持在空中悬停。当然，实际飞行时，无人机受环境因素的影响较大，单纯依靠人为操纵保持悬停的难度不小，因此其通常内置自驾仪等电子设备，通过芯片实时计算出合适的电机转速，以实现空中悬停的效果。

二、前进后退

无人机在悬停时可以进行前进后退移动（以机头朝向为前进）。飞行时，无人机通过调整相邻电机的输出功率，改变机头方向和机尾方向螺旋桨升力大小，进而实现移动。即无人机前进时机尾的2颗电机输出功率增大，机头的2颗电机输出功率减小。此时，机头处的升力力矩小于机尾处的升力力矩，使无人机被“推”向前。反之，当增大机头处的电机输出功率，减小机尾处的电机输出功率时，机头的升力力矩大于机尾的升力力矩，无人机被“拉”向后，实现后退飞行。

正是由于这种特殊的操纵方式，导致无人机的4颗螺旋桨一半升力降低而另一半升力提高，升力低的位置会低于升力高的位置，即看上去无人机在移动时会低头或抬头。因此，实际操纵时，也可以通过观察无人机的飞行姿态判断飞行方向——总是向着低头那一侧飞行。

向左平移的无人机

三、左右平移

无人机左右平移的原理与前进后退相似。若无人机左侧2颗电机的输出功率降低，右侧电机的输出功率增加，则向左侧平移飞行。反之，若无人机右侧电机输出功率降低，左侧电机功率增加，则向右平移。

四、滚转

四旋翼无人机的滚转比较特殊，其不再以机身中线为轴线转动，而是以其中一对电机臂为轴向转动。飞行时，保持其中一对对向的电机转速不变。同时，分别调整另一对对向的电机输出功率：一个电机输出功率降低，另一个电机输出功率增加。此时，无人机会向电机功率降低的一侧滚转。

五、自转

向右自转时无人机电机转速示意图

无人机自转时，可改变机头的朝向。需要说明的是，为了抵消螺旋桨旋转时产生的扭矩，其4片桨叶的转动方向并不相同，其中，对向的螺旋桨转动方向相同，而相邻的螺旋桨转动方向相反。

以右转为例，俯瞰无人机，其左上和右下的电机（顺时针转动）输出功率同时增加，右上和左下的电机（逆时针转动）输出功率同时减小。此时，逆时针转动的一组螺旋桨扭矩会大于顺时针转动的一组螺旋桨扭矩。在反扭矩的作用下，无人机开始顺时针转动，即右转。反之，减小顺时针转动螺旋桨的电机输出功率，增加逆时针转动螺旋桨的电机输出功率，在反扭矩的作用下，无人机开始逆时针转动，即左转。