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    无人机飞行原理

    2024-12-26

    垂直运动(dòng)

          无(wú)人机利用旋(xuán)翼(yì)实(shí)现(xiàn)前(qián)进和停止。力的相对性意味着旋翼推动空气时,空气也会反向推动旋翼(yì)。这是无人(rén)机能够上(shàng)上下下的基(jī)本原(yuán)理(lǐ)。进而,旋翼旋转地越快,升力就越大,反之亦然。

          现在的无人机能够做三件事情(qíng):悬停、爬升和(hé)降低(dī)。当悬(xuán)停时(shí),无人(rén)机四个旋翼产生的推(tuī)力等于向下的(de)重力。这(zhè)非常(cháng)容易(yì)理解。那么如何实现爬升?增加四个旋翼的推力从而产生一个大(dà)于重力的(de)向上的力。在该动作完成之后,无人机的推力可以相对减少,但(dàn)为了使其继(jì)续向上(shàng)飞行,那么仍必须**向上的(de)力要大于向(xiàng)下的力(lì)。使无(wú)人机(jī)降低的要求则相反:需要减(jiǎn)少旋(xuán)翼的推(tuī)力速度,此时合力(lì)向下。

    旋转

    如何使一个正(zhèng)在朝北飞的无人(rén)机(jī)掉头(tóu)向南飞?此时旋翼的运动原理(lǐ)又(yòu)是什么(me)?

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    如图所(suǒ)示,红色的(de)旋翼(yì)呈逆时针旋转,绿色的旋(xuán)翼呈顺时针旋(xuán)转。当这两组旋翼向相(xiàng)反(fǎn)方(fāng)向旋转(zhuǎn)时(shí),无(wú)人机的(de)总动力为零。角动力值与线性动力值很像,可以用角速度乘惯(guàn)性矩计算(suàn)得(dé)出。可(kě)以说,角动力取决(jué)于(yú)旋翼(yì)旋转的速度。

           假设(shè)红(hóng)色旋翼(yì)有一个值(zhí)为正的(de)角动量,而绿色旋翼有一个值为负(fù)的角(jiǎo)动量,每个旋翼的值分(fèn)为+2、+2、-2、-2,那么此(cǐ)时所有的力加起来为零。无人机即能实现悬停(tíng)。

    而要使(shǐ)无人机(jī)向右转,则需(xū)要降低旋翼1的(de)角速度。但是,虽然来(lái)自旋翼1的(de)推力缺失能使(shǐ)无人机改(gǎi)变运动方向(xiàng),但与此同时向上的力不等于(yú)向下(xià)的重力,所以无(wú)人机(jī)会下降。那(nà)么,如何使无(wú)人机在改变(biàn)方(fāng)向时(shí)保持高度不变?

          降低旋(xuán)翼1和(hé)3旋转(zhuǎn)速(sù)度的(de)同时,增加旋翼2和4的(de)旋转速(sù)度。此时旋翼的(de)角(jiǎo)动力仍然不为零,所以无(wú)人机能够旋转。而总(zǒng)力仍然等于(yú)重力,则(zé)无人机能够(gòu)保持在同一(yī)高度。由于向同一方向旋转的旋翼角为对角,所以无人机(jī)仍然可以保持平衡。

    向(xiàng)前飞行和侧向飞(fēi)行

    无人机(jī)向前和向后的运(yùn)动原理有什么区别?其实没有,因(yīn)为无(wú)人机(jī)是对称(chēng)的。这同样适用(yòng)于侧(cè)向(xiàng)运(yùn)动(dòng)。一架四轮(lún)无人(rén)机就像一辆(liàng)每一面都可作为正面的车,所以了如何向前(qián)也就解释(shì)了如何向后或向(xiàng)两侧移动(dòng)的问题。

    那么(me)具体该(gāi)如何操作(zuò)?

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           增(zēng)加旋(xuán)翼3和4的旋(xuán)转速(sù)率,降低旋翼(yì)1和2 的速(sù)率。此时(shí),总推(tuī)力(lì)与重量相等,因此无人机能够保(bǎo)持高度(dù)不变。此外,由于一个位于后方的旋翼是逆(nì)时(shí)针旋转,而另一个(gè)为顺时针旋转,所以(yǐ)增加的旋转力仍然会为零,前方的旋翼情况(kuàng)相同。所以整体上无人机的(de)方向不(bú)会(huì)改变。然而,无人机后部旋翼所增加(jiā)的力(lì)会使其向前倾斜,因此应该稍微增加(jiā)所有旋翼的(de)推力从而产生(shēng)一个净推力,其中(zhōng)的一(yī)个分(fèn)力可以用来平(píng)衡(héng)重量(liàng)和向(xiàng)前运动(dòng)的力。

    学(xué)会使用计(jì)算(suàn)机系统

    操作无人(rén)机(jī)的(de)每个动作都是通过改变一个或多个旋翼的转速完成,为(wéi)了用一个控制器控制全部旋翼要善(shàn)用某种计算机控(kòng)制系统。此(cǐ)外,无人机的加速(sù)器和陀螺仪可以对每个旋翼(yì)进行微调,从(cóng)而进(jìn)一步提高飞(fēi)行(háng)的简易性和稳定性。所以(yǐ)如果让计算机系统(tǒng)完成所有的(de)工作,那么操(cāo)纵(zòng)无人机(jī)则相当容易。

    理解无人机的飞行(háng)原理(lǐ)是(shì)不是很有(yǒu)趣(qù)?



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