四旋翼航拍無人機是怎麼飛行的你知道麼？

相比於在地面上拍攝取景視野狹窄，無人機航拍視野廣闊，更容易出大片，近年來愈發成為一種流行的攝影攝像方式。如今，無論是拍畢業照、拍電影，還是晚會直播，都可見航拍無人機的身影。

航拍無人機一般都是四旋翼無人機，操縱起來非常容易，熟練的操縱者可以使其往任意方向飛行，從而更好地滿足拍攝需要。不過，你是否考慮過，四旋翼航拍無人機是怎麼飛行的呢？

四旋翼航拍無人機有四個螺旋槳，每個螺旋槳由一個電機帶動。當電機驅動螺旋槳向下吹風時，由於作用力與反作用力的原理，空氣就會對槳產生向上的升力。而且螺旋槳轉速越快，升力就越大，當升力大於無人機的重力時，無人機就上升﹔反之螺旋槳轉速減慢，升力就減小，當升力小於無人機的重力時，無人機就下降。

想要實現穩定飛行，這四個螺旋槳可不能一模一樣。

試想一下，如果使用四個同樣的螺旋槳，並使它們往同樣的方向旋轉（譬如順時針），那麼螺旋槳都給無人機逆時針的扭矩，扭矩會造成無人機的旋轉，這樣就勢必導致無人機在空中旋轉而不能穩定飛行。

所以為了抵消這種機體的自旋，需要一對槳順時針旋轉，而另一對槳逆時針旋轉。事實上，無人機所用的螺旋槳有正槳和反槳之分，一對正槳由順時針旋轉的電機驅動，一對反槳則由逆時針旋轉的電機驅動，每對槳都軸對稱放置。這樣不僅能夠使每個槳都產生向上的力，而且能夠使正槳和反槳給機體帶來的扭矩 相互抵消，從而保証了無人機飛行的穩定性。

圖1：旋翼無人機結構

那想要航拍，無人機還得能夠做到俯仰（前進后退）、滾轉（左移右移）、偏航（順旋逆旋）才可以。這又該如何做到呢？

如果想讓飛行器向前移動，增加旋翼3和4的轉速，降低旋翼1和2的轉速，這樣機體后部升力大、前部升力小，就會使機體傾斜，后部比前部高，而升力是始終垂直於機體的，從而升力就有了一個指向前方的分力，無人機就能夠往前飛了。如果想讓飛行器向后移動，增加旋翼1和2的轉速，降低旋翼3和4的轉速，就可以做到了。

圖2：旋翼無人機飛行控制的原理

四旋翼無人機具有很好的對稱性，左右移動跟前后移動原理一模一樣。

如果想讓無人機順時針旋轉，增大2和4的逆時針轉速，減小1和3的順時針轉速，顯然槳2和4給無人機的順時針轉速大，無人機就會順時針旋轉，而且此時總升力仍然能夠等於重力，無人機也不會左右前后傾斜。逆時針旋轉也是同樣的道理了。

總結起來，無人機是通過調節不同電機的轉速，間接調節螺旋槳的轉速，進而由其不同的組合來實現無人機的俯仰、偏航、以及滾轉等飛行動作的。

本文由空軍指揮學院教授徐邦年進行科學性把關。