一、内容简介

        目前，无人机的应用领域非常广，在军事上，无人机最初被当做靶机用于军事演习训练，后来发展为可以执行远程轰炸、远程侦查、远距离中继通讯、诱饵机等多种用途的无人驾驶飞机。由于它具有无人驾驶、造价低等优势，得以广泛发展和应用。在民用方面，主要用于测绘、航拍、送货、农业植保、电力电缆巡航、中继通讯、气象、勘探等方面。无人机之所以能够在这些领域的应用，归结于它能够超视距飞行。飞行是无人机的基础能力，那么无人机是如何飞起来的呢？无人机在空中飞行时，不同于地面行驶的汽车，会在三个维度上产生运动，即垂直方向上的Y轴，又称为Yaw轴，水平面上的Z轴，又称为Roll轴，水平面上的X轴，又称为Pitch轴。三个维度上的控制运动的是舵，舵可以理解为方向盘。舵可以控制这三个轴做顺时针运动或逆时针转动，从而让飞机产生相应的运动。Y轴上的运动称为偏航，也就是转弯，但是与驾驶汽车不同的是，无人机支持原地顺时针逆时针旋转，控制舵机为方向舵。Z轴上的运动称为滚转，可以往左、往右飞行，控制舵称为副翼。X轴上的运动称为俯仰运动，可以向前、向后飞行，控制舵机为升降舵。前后、左右、旋转动作都有了，那么无人机的主要飞行动作及垂直方向的起飞、降落、悬停等动作呢？这也是航模爱好者和无人机初学者最容易混淆的地方，前边所说的三个轴并不能控制无人机升降，垂直方向运动的控制方式是油门，为什么会这样呢？

        以X型四旋翼无人机为例来看一下无人机是如何运动的，我们将无人机的螺旋桨按照顺时针编号为R1、R2、R3、R4，每个螺旋桨都会在电机的驱动下转动，单个螺旋桨的转动比较容易理解，如同我们小时候玩的竹蜻蜓，竹蜻蜓的叶片和水平之间有一个倾角，当叶片（螺旋桨）转动时，旋转的叶片将空气向下推，形成一股强风，从而给竹蜻蜓一股向上的反作用力，当这个反作用力大于竹蜻蜓自身重力时，竹蜻蜓便可向上飞起（伯努利原理）。但是竹蜻蜓在飞行时有个问题，就是会产生自旋，为了消除自旋的影响，一般采用多旋翼或者直升机的结构。有过使用电钻的经验就会知道，当电钻在钻孔时，电钻产生一个与钻头转动方向相反的一个力，使用电钻的人必须要用力抵消这个力从而固定住电钻，这个力叫反扭矩。同样，在四旋翼无人机中，如果R1、R2、R3、R4螺旋桨都按顺时针旋转，那么无人机整体会逆时针旋转，因此为了保证无人机整体稳定，一般会把螺旋桨分为两组， R1、R3一组，R2、R4一组，这两组组内转向相同组间转向相反，组间转速相同，反扭矩相互抵消，则可以保证无人机机身稳定不旋转，同样如果已经升空的话，无人机也能实现悬停了。

        因此无人机在往上的推力N大于自身重力时，便可以起飞。在往上的推力N与自身重力相等时，便可以悬停，当N<自身重力时，便可以降落。当然首先得保证在水平面上四个螺旋桨的转速相等，两对螺旋桨转向相反。

        那么如何实现无人机的前进和后退（Pitch轴上的俯仰运动）呢？实际上和前边的上升道理类似，如果R4、R3转速大于R1、R2时，在实际操控过程中是R4、R3提高速度，R1、R2降低速度，对无人机后部的升力加大，无人机会产生倾斜，即后部会比前部高，从而在向上升力的基础上产生向前的推力，于是无人机便向前运动了。反之则向后运动。那么如何实现Roll轴上的滚转运动呢？也就是向左飞行和向右飞行？是不是R1、R4同时提高速度，R2、R3降低速度即可实现向右滚转呢？是不是R1、R3，和R2，R4转向相同时则实现Y轴上的偏航运动呢？

下面我们带着问题来欣赏下无人机的飞行视频吧！

二、思考题：

    1.无人机如何实现往左运动和往右运动的？

    2.无人机如何实现原地旋转的？

    3.视频中所说的将四个螺旋桨转向相同来实现无人机原地旋转的方式是否可以？你有没有其他建议？