六旋翼無(wú)人機(jī)飛行原理

六旋翼無(wú)人機(jī)是一種具有可垂直起降能力的小型無(wú)人飛行器，通過(guò)上下共軸放置的三組共六個(gè)電機(jī)提供升力，通過(guò)改變旋翼轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)整姿態(tài)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)位置控制。下面我們就具體來(lái)看看六旋翼無(wú)人機(jī)飛行原理。

六旋翼無(wú)人機(jī)工作原理：

六旋翼無(wú)人機(jī)通常采用六個(gè)旋翼作為飛行器的動(dòng)力源，六個(gè)旋翼處于同一水平面，相鄰兩旋翼，一個(gè)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，一個(gè)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，以抵消反扭距作用力。六個(gè)電機(jī)對(duì)稱的安裝在飛行器的支架末端，且對(duì)角線上相對(duì)的兩旋翼旋向相反。六旋翼無(wú)人機(jī)是通過(guò)調(diào)節(jié)多個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)改變螺旋槳轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)升力的變化，進(jìn)而達(dá)到飛行姿態(tài)控制的目的。

六旋翼無(wú)人機(jī)基本飛行原理：

1、升降運(yùn)動(dòng)

當(dāng)同時(shí)增加六個(gè)電機(jī)的輸出功率，且要保證六個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速相同。六旋翼無(wú)人機(jī)的重心位于幾何中心時(shí)，旋翼轉(zhuǎn)速增加使得總的拉力增大，六旋翼無(wú)人機(jī)便離地垂直上升。相反，同時(shí)減小六個(gè)電機(jī)的輸出功率，六旋翼無(wú)人機(jī)則垂直下降。保證六個(gè)旋翼轉(zhuǎn)速同步增加或減小是垂直運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵。

升降運(yùn)動(dòng)飛行原理：在圖a中，同時(shí)增大無(wú)人機(jī)四個(gè)旋翼轉(zhuǎn)速，使得總升力大于無(wú)人機(jī)整體重量后無(wú)人機(jī)將沿著Z軸垂直上升，反之，減小四個(gè)旋翼轉(zhuǎn)速使總升力小于無(wú)人機(jī)自身重量后，無(wú)人機(jī)將垂直降落。在無(wú)外界干擾的情況下當(dāng)總升力等于機(jī)體重量時(shí)無(wú)人機(jī)將保持懸停。

2、前后運(yùn)動(dòng)

前后運(yùn)動(dòng)飛行原理：如圖b所示，3、4號(hào)旋翼轉(zhuǎn)速增大，1、2號(hào)旋翼轉(zhuǎn)速保持，前后升力差會(huì)導(dǎo)致無(wú)人機(jī)出現(xiàn)“前低后高”的姿態(tài)，旋翼推力在X軸正方向的分力將驅(qū)動(dòng)無(wú)人機(jī)前進(jìn)；同理當(dāng)1、2號(hào)旋翼轉(zhuǎn)速增大，3、4號(hào)旋翼轉(zhuǎn)速不變時(shí)無(wú)人機(jī)將會(huì)后退。

左右移動(dòng)飛行原理：與前后移動(dòng)原理相同，在圖c中，1、4號(hào)旋翼轉(zhuǎn)速增大時(shí)無(wú)人機(jī)向左移動(dòng)，2、3號(hào)旋翼轉(zhuǎn)速增大時(shí)無(wú)人機(jī)向右移動(dòng)。

3、俯仰運(yùn)動(dòng)

六旋翼無(wú)人機(jī)任意兩對(duì)角線上的電機(jī)保持轉(zhuǎn)速不變，對(duì)角線兩側(cè)的電機(jī)形成差速，為了不因?yàn)樾�翼轉(zhuǎn)速的改變引起六旋翼無(wú)人機(jī)整體扭矩及總拉力改變，對(duì)角線上的兩旋翼轉(zhuǎn)速變量的大小應(yīng)相等。由于對(duì)角線一側(cè)的兩旋翼的升力上升，另一側(cè)的旋翼的升力下降，產(chǎn)生的不平衡力矩使機(jī)身繞對(duì)角線旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)六旋翼無(wú)人機(jī)的俯仰運(yùn)動(dòng)。

4、滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

俯仰運(yùn)動(dòng)原理相同，當(dāng)對(duì)角線兩側(cè)的電機(jī)轉(zhuǎn)速差小時(shí)實(shí)現(xiàn)俯仰運(yùn)動(dòng)。當(dāng)對(duì)角線兩側(cè)的電機(jī)差速大到機(jī)架平衡時(shí)便實(shí)現(xiàn)六旋翼無(wú)人機(jī)的滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

5、偏航運(yùn)動(dòng)

六旋翼無(wú)人機(jī)偏航運(yùn)動(dòng)主要是借助旋翼產(chǎn)生的反扭矩來(lái)實(shí)現(xiàn)。旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中由于空氣阻力作用會(huì)形成與電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的反扭矩，為了克服反扭矩的影響，就需要把六個(gè)旋翼中的三個(gè)正槳正轉(zhuǎn)，三個(gè)反槳反轉(zhuǎn)。當(dāng)六個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速不完全相同時(shí)，轉(zhuǎn)速高的電機(jī)產(chǎn)生的反扭矩大于轉(zhuǎn)速低的電機(jī)產(chǎn)生的反扭距，從而使得機(jī)架不平衡引起六旋翼無(wú)人機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。

偏航運(yùn)動(dòng)飛行原理：如圖d所示，當(dāng)一對(duì)正轉(zhuǎn)旋翼與一對(duì)反轉(zhuǎn)旋翼轉(zhuǎn)速相同時(shí)，產(chǎn)生的扭矩則相互抵消，無(wú)人機(jī)不旋轉(zhuǎn)。和當(dāng)1、3號(hào)旋翼轉(zhuǎn)速增大而2、4號(hào)旋翼轉(zhuǎn)速不變時(shí)，1、3號(hào)旋翼對(duì)機(jī)體產(chǎn)生的扭矩大于2、4號(hào)旋翼的反扭矩，因此無(wú)人機(jī)將繞Z軸進(jìn)行逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；反之，當(dāng)2、4號(hào)旋翼轉(zhuǎn)速大于1、3號(hào)旋翼轉(zhuǎn)速時(shí)，無(wú)人機(jī)將繞Z軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

6、前后運(yùn)動(dòng)

要想實(shí)現(xiàn)六旋翼無(wú)人機(jī)在水平面內(nèi)前后、左右的運(yùn)動(dòng)，就必須增加機(jī)架對(duì)角線一側(cè)的兩電機(jī)轉(zhuǎn)速，相應(yīng)減小對(duì)角線另一側(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速，同時(shí)保持對(duì)角線上的兩個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速不變，反扭矩仍然要保持平衡。六旋翼無(wú)人機(jī)首選需要發(fā)生一定程度的傾斜，從而使六旋翼無(wú)人機(jī)總拉力產(chǎn)生豎直和水平方向的力。因此可以實(shí)現(xiàn)六旋翼無(wú)人機(jī)的前后飛行。