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    无人(rén)机飞行原理(lǐ)

    2024-12-26

    垂直运动

          无人(rén)机利用旋翼(yì)实现前(qián)进和停止。力的相对性意味着旋翼推动空气时,空气(qì)也会反向推动旋翼。这是无人机能够上(shàng)上下(xià)下的基本原理。进而,旋翼旋转地越(yuè)快,升力(lì)就越大(dà),反之亦然(rán)。

          现在的无人(rén)机能够(gòu)做三(sān)件事情:悬停、爬升和降低。当悬停时,无(wú)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(gè)旋翼的推力从而产生一个大于(yú)重(chóng)力的向上的力。在该(gāi)动作(zuò)完成之后(hòu),无人机的推力可(kě)以(yǐ)相对减少,但(dàn)为了使(shǐ)其继续向上飞行,那么仍必须**向上的力(lì)要(yào)大于向下(xià)的力。使无(wú)人机降低的(de)要求则相反:需要减少(shǎo)旋(xuán)翼(yì)的推(tuī)力(lì)速度(dù),此时合力(lì)向下(xià)。

    旋(xuán)转

    如何使一个正在朝北飞的无人机(jī)掉(diào)头向南飞(fēi)?此时旋翼的运动原(yuán)理又是什么?

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    如图所示,红色的(de)旋翼呈逆(nì)时针(zhēn)旋转(zhuǎn),绿色(sè)的旋翼(yì)呈顺(shùn)时针(zhēn)旋转。当这两组旋(xuán)翼向相反方向旋转(zhuǎn)时,无人机的总动力为零。角动力值与线(xiàn)性动力(lì)值很像(xiàng),可以用角速度(dù)乘(chéng)惯性矩计(jì)算得出。可以(yǐ)说,角动力取(qǔ)决于旋翼(yì)旋转的速度。

           假设红色旋翼有一个值(zhí)为正(zhèng)的角动量,而(ér)绿色旋翼有一个值为负的角动(dòng)量(liàng),每个旋(xuán)翼的值分为+2、+2、-2、-2,那么此时(shí)所有的力加(jiā)起来(lái)为零(líng)。无人机即能实现悬(xuán)停。

    而要使无人机向右转,则需要(yào)降低旋(xuán)翼1的角(jiǎo)速度。但是,虽然来自旋(xuán)翼1的推力缺失能使无人机改变(biàn)运动(dòng)方(fāng)向,但(dàn)与此同时向(xiàng)上(shàng)的力(lì)不等于向下的重力,所以(yǐ)无人机(jī)会下(xià)降。那么,如何使无人机在改变方向时保持高度不变?

          降低(dī)旋翼1和(hé)3旋转速度的同时,增加旋翼2和(hé)4的旋转(zhuǎn)速度。此时旋翼的角动力仍然(rán)不为零,所(suǒ)以无人机能(néng)够旋转。而总力仍然(rán)等于重力,则(zé)无人机能够保持(chí)在同一高度。由于(yú)向同一(yī)方向旋转的旋翼角为对角,所以无人机(jī)仍(réng)然可以保持(chí)平衡(héng)。

    向前飞行和侧向(xiàng)飞行(háng)

    无人机向前和向后的运动原理有什么区(qū)别?其实没(méi)有,因(yīn)为无人机是对称的。这同样适用(yòng)于侧向(xiàng)运动(dòng)。一架四轮无人机就像一(yī)辆每一面都(dōu)可作为正面的车,所以了如(rú)何(hé)向前也(yě)就(jiù)解释(shì)了如何向(xiàng)后或向两侧移动的问题(tí)。

    那么具体该如何操作?

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           增加旋翼(yì)3和4的旋转速率(lǜ),降低旋翼1和(hé)2 的速率。此(cǐ)时,总推(tuī)力与重量(liàng)相等,因此(cǐ)无人机能够(gòu)保持高度不变。此外,由于一个位于后(hòu)方的旋(xuán)翼是(shì)逆时针旋转,而另一个为顺时针旋转,所以增加的(de)旋转(zhuǎn)力仍然会(huì)为零,前(qián)方的旋翼(yì)情况相同。所以整体上无人机的(de)方向不(bú)会改变。然(rán)而,无人(rén)机后部旋翼(yì)所增加的(de)力会使其向前(qián)倾斜,因此应该稍微增(zēng)加所有旋翼的(de)推力从而产生一个净推力(lì),其中的一个分力可以用来平衡重量和(hé)向前运动的力。

    学会使用计算机系统(tǒng)

    操作无人机(jī)的(de)每个动作(zuò)都是通过改变一个或多个旋翼的转速完(wán)成,为了用一个控制器控制全部旋(xuán)翼要善用某(mǒu)种计算(suàn)机控(kòng)制系统(tǒng)。此外,无人机的加速器和(hé)陀螺仪可以对每(měi)个旋翼进(jìn)行微调,从而(ér)进一步提高飞行的简易性和(hé)稳定性(xìng)。所(suǒ)以(yǐ)如果让计算机(jī)系统(tǒng)完成所有(yǒu)的工作(zuò),那么(me)操纵无人机则相当(dāng)容易。

    理解无人机的飞行原理是不是(shì)很有趣?



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