无人机的构造及飞行原理简析（一）

不同无人机的构造是不一样的，上期我们大概讲了四种比较常见的无人机类型：多旋翼无人机、无人直升机、固定翼无人机、垂直起降固定翼无人机。本期我们将先为大家讲解多旋翼无人机的构造及飞行。

多旋翼无人机，顾名思义就是由多个旋翼组成的无人机啦。现今多旋翼无人机应用于多个行业领域，常见的有森林防火、电力巡线、航拍航测、影视拍摄、土地规划、农业飞防喷洒、环保检查、现场救援、交通疏导等行业都用到了无人机。在无人机采购中多旋翼无人机又有四旋翼、六旋翼、八旋翼这3款不同类型在稳定性、外形尺寸上都有着不同之处。

下面让我们看一下四旋翼无人机的基本构造图：

四旋翼无人机的构成基本硬件有：飞行控制计算机（飞行控制器）、飞机支架、电机、旋翼。

无人机的飞行控制计算机是无人机的核心，在飞机中的作用相当于“人”的大脑，对无人机的稳定性、数据传输的可靠性、精确度、实时性等都有重要影响，对其飞行性能起决定性的作用。其系统一般由又由传感器、机载计算机和伺服作动设备三大部分，实现的功能主要有无人机姿态稳定和控制、无人机任务设备管理和应急控制三大类。

传感器：多轴无人机机身大量装配的各种传感器，包括GPS、气压计、陀螺仪、指南针以及地磁感应等，可以采集角速率、姿态、位置、加速度、高度和空速等，是飞控系统的基础。

机载计算机：机载计算机作为无人机的CPU，是飞控的中枢系统，类似于人体大脑的中枢神经，负责整个无人机姿态的运算和判断;同时，也操控着传感器和伺服作动设备。

伺服作动设备：人机执行机构都是伺服作动设备，是导航飞控系统的重要组成部分。其主要功能是根据飞控计算机的指令，按规定执行动作。对于固定翼无人机来说，主要通过调整机翼角度和发动机运转速度，实现对无人机的飞行控制。

说完多旋翼无人机的基本构造，那么我们就好开始介绍其的飞行原理是怎么样的了，还是 以四旋翼无人机为例。

如下图所示，三角形箭头表示飞机的机头朝向，螺旋桨M1、M3的旋转方向为逆时针，螺旋桨M2、M4的旋转方向为顺时针。当飞行时，M2、M4所产生的逆时针反作用力（反扭矩）和M1、M3产生的顺时针反作用力（反扭矩）相抵消，飞机机身就可以保持稳定。

不仅如此，多轴飞机的前后左右或是旋转飞行的也都是靠多个螺旋桨的转速控制来实现的：

这个很好理解，当飞机需要升高高度时，四个螺旋桨同时加速旋转，升力加大，飞机就会上升。当飞机需要降低高度时同理，四个螺旋桨会同时降低转速，飞机也就下降了。

之所以强调同时，是因为保持多个旋翼转速的相对稳定，对保持飞行器机身姿态来说非常重要，看了之后的讲究你就会明白了~

上面已经说了，当无人机各个电机转速相同，飞机的反扭矩被抵消，不会发生转动。但是当要飞机原地旋转时，我们就可以利用这种反扭矩，M2、M4两个顺时针旋转的电机转速增加，M1、M3号两个逆时针旋转的电机转速降低，由于反扭矩影响，飞机就会产生逆时针方向的旋转。

多轴飞机与我们平时乘坐的客机不同，没有类似客机那样垂直于地面的螺旋桨，所以无法直接产生水平方向上的力来进行水平方向上移动。

当然这难不倒我们，还拿上图的四旋翼来说，当需要按照三角箭头方向前进时，M3、M4电机螺旋桨会提高转速，同时M1、M2电机螺旋桨降低转速，由于飞机后部的升力大于飞机前部，飞机的姿态会向前倾斜。

倾斜时的侧面平视如下图，这时螺旋桨产生的升力除了在竖直方向上抵消飞机重力外，还在水平方向上有一个分力，这个分力就让飞机有了水平方向上的加速度，飞机也因而能向前飞行。

相反的：当M1、M2电机加速、M3、M4电机减速时，飞机就会向后倾斜，从而向后飞行。

同理可得：当M1、M4电机加速，M2、M3电机减速时，飞机向左倾斜，从而向左飞行；

当M2、M3电机加速，M1、M4电机减速时，飞机向右倾斜，从而向右飞行。

以上就是关于本期以四旋翼无人机为例，阐释多旋翼无人机的构造和飞行原理的内容。