无人机实际上是如何飞行的?

未分类 tobmac 8个月前 (10-26) 289次浏览 已收录 0个评论 扫描二维码

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无人机实际上是如何飞行的?

多旋翼无人机现在已经司空见惯,并且足够先进,任何人都可以驾驶它们,但大多数人可能不了解它们是如何留在空中的。了解基本的无人机飞行物理可以使您成为更好的无人机飞行员。这很简单!

直升机如何飞行

无人机实际上是如何飞行的?

我们将从完全不同的东西开始:直升机。这似乎是一个奇怪的弯路,但了解一点直升机如何飞行将使理解无人机飞行变得更加容易。

典型的直升机具有主旋翼和尾旋翼。确实存在其他设计,但它们都用于控制相同的力。这是对直升机如何飞行的一个 非常 基本的解释,但在理解无人机飞行时适合我们的目标。

直升机有一个主旋翼,它产生向下的推力,将飞行器提升到空中。问题是当旋翼向一个方向转动时,它会对直升机机身施加一个力(感谢牛顿!)因此旋翼和直升机机身都会旋转,只是方向相反。

这显然不是一种很好的飞行方式,这就是直升机具有尾旋翼的原因。该旋翼发出水平推力以抵消来自主旋翼的扭矩。

无人机实际上是如何飞行的?

也有配备其他反扭矩系统的无尾直升机,例如俄罗斯的 Kamov Ka-52,它使用两个以相反方向旋转的主旋翼,称为同轴布置。

无人机实际上是如何飞行的?

您可能还熟悉美国陆军CH-47 Chinook,它有两个巨大的反向旋转主旋翼,可以抵消彼此的扭矩,同时还提供巨大的升力能力。

无人机实际上是如何飞行的?

这和你的四轴飞行器有什么关系?一切!

多旋翼无人机和扭矩问题

如果我们查看基本四轴飞行器的布局,您会注意到四个旋翼以 X 模式排列。两个道具顺时针旋转,另外两个逆时针旋转。具体来说,前支柱彼此以相反的方向旋转,后支柱也是如此。因此,彼此相对的道具沿相同方向对角旋转。

这种安排的最终结果是,如果所有道具都以相同的速度旋转,则无人机应该保持完美静止,机头固定到位。

使用扭矩和推力进行机动

如果您不想将无人机的机头固定在一个位置,则可以使用这种扭矩取消原理来进行机动。如果你故意减慢一些电机的速度并加快其他电机的速度,不平衡会导致整个飞行器转动。

同样,如果您加快两个后置电机的速度,无人机的后部会抬起,使整个飞行器向前倾斜。这适用于一对转子,因此您可以在任何基本方向上倾斜飞行器。

这种方法有问题!例如,如果你减慢一个转子的速度,你也会减少它的推力,另一个转子必须加速以补偿它。否则,总推力将降低,无人机将失去高度。但是,如果您增加旋翼的推力,它会导致无人机倾斜得更多,从而导致不必要的移动。

四轴飞行器或其他多旋翼飞行器能够飞行的唯一原因是控制它的硬件执行复杂的实时问题解决。换句话说,当您告诉无人机在 3D 空间中向特定方向移动时,机载飞行控制系统会准确计算出每个电机应该以何种速度旋转转子才能实现这一目标。

无人机实际上是如何飞行的?

从飞行员的角度来看,控制输入与任何飞机相同。首先,我们有偏航,无人机围绕其垂直轴转动。其次,我们有俯仰,无人机的机头向上或向下倾斜,使其向前或向后飞行。最后,我们有滚动,无人机可以左右移动。当然,您也可以控制推力的大小,从而改变无人机的高度。

无人机的所有动作都是这些动作的组合。例如,对角飞行是控件上俯仰和滚转的混合。例如,机载飞行控制器完成所有复杂的工作,例如弄清楚如何将命令转换为。将机头向下倾斜到特定的电机速度。

集体与固定螺距转子

多旋翼无人机如何飞行还有最后一个重要方面,那就是旋翼本身。你今天能买到的几乎所有无人机都使用“定距”转子。这意味着转子叶片切入空气的角度永远不会改变。

无人机实际上是如何飞行的?

暂时回到直升机,主旋翼通常是“集体螺距”设计。在这里,一组复杂的连杆可以改变转子攻击的角度。

无人机实际上是如何飞行的?

如果螺距为零(转子叶片是平的),那么无论转子旋转多快,都不会产生推力。随着正俯仰(向下推力)增加,直升机开始升起。最重要的是,转子可以移动到 负 螺距位置。在这里,转子向上推动,因此飞行器可以比单纯的重力下降更快。

负螺距意味着,理论上,直升机可以倒置飞行,但大多数全尺寸直升机都太大太重,实际上无法做到这一点。比例模型直升机没有这样的限制。这导致了“3D”遥控直升机飞行和熟练飞行员令人费解的表演的兴起。

对于固定螺距旋翼,增加推力的唯一方法是增加旋翼速度,这与直升机不同,直升机的旋翼速度可以在螺距变化时保持恒定。这意味着无人机必须不断加速或减速其旋翼,不能在 3D 空间内以任何姿态飞行,并且下降速度不能超过自由落体。

为什么我们没有集体俯仰无人机?已经有一些尝试,例如 Stingray 500 3D Quadcopter, 但这种设计的复杂性和成本限制了它的专业应用。

容易飞,不容易飞

DJI Mini 2这样的多旋翼无人机是工程和计算机技术的奇迹。由于各种科学和技术的融合,它们只能飞行,因此您可以在假期中获得一些很棒的剪辑。现在,下次您带着无人机出去兜风时,您会对这个小家伙的能力产生新的尊重。


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