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多旋翼無人機小知識

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根據牛頓第三定律,旋翼在旋轉的同時,也會同時向電機施加一個反作用力(反扭矩),促使電機向反方向旋轉。這也是為什麼現在的直升機都會帶一個「小尾巴」,在水平方向上施加一個力,去抵消這種反作用力,保持直升機機身的穩定。

而回到四旋翼飛行器上,它的螺旋槳也會產生這樣的力,所以為了避免飛機瘋狂自旋,四旋翼飛機的四個螺旋槳中,相鄰的兩個螺旋槳旋轉方向是相反的。

如下圖所示,三角形紅箭頭表示飛機的機頭朝向,螺旋槳M1、M3的旋轉方向為逆時針,螺旋槳M2、M4的旋轉方向為順時針。

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當飛行時,M2、M4所產生的逆時針反作用力(反扭矩)和M1、M3產生的順時針反作用力(反扭矩)相抵消,飛機機身就可以保持穩定,不會瘋狂自轉了。

不僅如此,多軸飛機的前後左右或是旋轉飛行的也都是靠多個螺旋槳的轉速控制來實現的:

垂直升降
這個很好理解,當飛機需要升高高度時,四個螺旋槳同時加速旋轉,升力加大,飛機就會上升。當飛機需要降低高度時同理,四個螺旋槳會同時降低轉速,飛機也就下降了。

之所以強調同時,是因為保持多個旋翼轉速的相對穩定,對保持飛行器機身姿態來說非常重要,看了之後的講究你就會明白了~
原地旋轉
上面已經說了,當無人機各個電機轉速相同,飛機的反扭矩被抵消,不會發生轉動。

但是當要飛機原地旋轉時,我們就可以利用這種反扭矩,M2、M4兩個順時針旋轉的電機轉速增加,M1、M3號兩個逆時針旋轉的電機轉速降低,由於反扭矩影響,飛機就會產生逆時針方向的旋轉
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水平移動
多軸飛機與我們平時乘坐的客機不同,沒有類似客機那樣垂直於地面的螺旋槳,所以無法直接產生水平方向上的力來進行水平方向上移動。

當然這難不倒我們,還拿上圖的四旋翼來說,當需要按照三角箭頭方向前進時,M3、M4電機螺旋槳會提高轉速,同時M1、M2電機螺旋槳降低轉速,由於飛機後部的升力大於飛機前部,飛機的姿態會向前傾斜。
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傾斜時的側面平視如下圖,這時螺旋槳產生的升力除了在豎直方向上抵消飛機重力外,還在水平方向上有一個分力,這個分力就讓飛機有了水平方向上的加速度,飛機也因而能向前飛行。
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遙控器的搖桿佈局有三種,中國手(反美國手),美國手(多旋翼最常用),日本手。
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俯仰:pitch
多軸飛行器俯仰時只會前後飛行
橫滾:roll
多軸飛行器橫滾時會左右飛行
航向:yaw
多軸飛行器旋轉時不會位置,指揮原地旋轉