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无人机飞行的原理是什么?需要地面一直遥控吗?

作者:机械网
文章来源:本站

  无人机,能飞上天,这个飞行的原理和有人飞行器,没有什么差异。只是,如无人机“航程”这个指标,不只是受限于载油量、动力等因素,更会直接受限于地面控制站的“控制”作用距离。那么,也就是题主所问的,无人机在天上24小时的持续飞行,动力当然还是涡桨或涡扇动力,燃料还是航空煤油等与有人机无异,只是地面的控制就有些差异了。

  早期说及“无人机”,会说“遥控飞机”,这也是因为当时技术上,地面的操作员要实时精确控制飞行器的气动舵面和发动机状态,除了不是直接“上天”之外,近乎与飞行员无异,要遥控操纵。这个过程中,地面控制站通过无线的数据传输给无人机上传指令,而后无人机通过自动驾驶仪,按命令操纵舵面或通过其他接口操纵机上的任务载荷,这就是无人机发展初期的控制方式。

  后来的技术发展,无人机的自动驾驶仪技术提升,可以按照预先装订的“预编程序”来自动实现无人机的控制,完成预先确定的航路和规划的任务。这也只是说,地面的操作人员工作量减轻了,不用全程紧盯操控着无人机,但也还是少不了上述的“指令控制”,这就是程序控制+指令控制。

  

无人机飞行的原理是什么?需要地面一直遥控吗?

  这之后就是地面控制站的技术发展,也在减轻着地面操作控制人员的工作量,地面控制站的任务规划计算机可以根据最新的态势感知结果实时生成任务计划,通过数据链加载到天上的无人机平台,也就是对于无人机的整个任务期间的起降、按任务航迹飞行的过程中,与飞行相关的作业无需这些控制人员太操心了,地面的控制人员更多是根据任务的具体决策、规划,重新规划无人机的航迹,控制无人机的任务载荷。

  

无人机飞行的原理是什么?需要地面一直遥控吗?

  那么放眼未来,无疑,就是无人机的自主控制水平会进一步提高,但也还是如上一段所说,在具体任务的决策中,依旧还是要由后方的地面站控制人员来决策。

  对于一项新科技,围观总是多于实干,无人机也不例外。但随着无人机成本的降低,相当一批人开始入手,并应用到旅游、直播、救灾等场景中。无人机进入消费领域。本文作者Rhett Allain是路易斯安纳大学的物理学教授,他在“How Do Drones Fly? Physics, of Course!”一文中分享了一些关于无人机飞行的物理原理,从而使我们能够更好地理解无人机。

  无人机的发展正处于风口,市场价格也不是很贵。我拥有一架,并用它来拍我的狗和其他一些东西。在下文,我要谈到的是带有四个旋翼的遥控型无人机,而不是科学家用来研究气候变化且价格昂贵的大型无人机。

  相比大型无人机,小型无人机操作起来很是方便。熟练的操作者可以使其往任意方向飞行,从而更好地满足拍摄需要。那么,无人机的飞行原理是什么?

  垂直运动

  无人机利用旋翼实现前进和停止。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。这是无人机能够上上下下的基本原理。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:悬停、爬升和降低。当悬停时,无人机四个旋翼产生的推力等于向下的重力。这非常容易理解。那么如何实现爬升?增加四个旋翼的推力从而产生一个大于重力的向上的力。在该动作完成之后,无人机的推力可以相对减少,但为了使其继续向上飞行,那么仍必须保证向上的力要大于向下的力。使无人机降低的要求则相反:需要减少旋翼的推力速度,此时合力向下。

  旋转

  如何使一个正在朝北飞的无人机掉头向南飞?此时旋翼的运动原理又是什么?

  如图所示,红色的旋翼呈逆时针旋转,绿色的旋翼呈顺时针旋转。当这两组旋翼向相反方向旋转时,无人机的总动力为零。角动力值与线性动力值很像,可以用角速度乘惯性矩计算得出。可以说,角动力取决于旋翼旋转的速度。

  假设红色旋翼有一个值为正的角动量,而绿色旋翼有一个值为负的角动量,每个旋翼的值分为+2、+2、-2、-2,那么此时所有的力加起来为零。无人机即能实现悬停。

  而要使无人机向右转,则需要降低旋翼1的角速度。但是,虽然来自旋翼1的推力缺失能使无人机改变运动方向,但与此同时向上的力不等于向下的重力,所以无人机会下降。那么,如何使无人机在改变方向时保持高度不变?

  降低旋翼1和3旋转速度的同时,增加旋翼2和4的旋转速度。此时旋翼的角动力仍然不为零,所以无人机能够旋转。而总力仍然等于重力,则无人机能够保持在同一高度。由于向同一方向旋转的旋翼角为对角,所以无人机仍然可以保持平衡。

  向前飞行和侧向飞行

  无人机向前和向后的运动原理有什么区别?其实没有,因为无人机是对称的。这同样适用于侧向运动。一架四轮无人机就像一辆每一面都可作为正面的车,所以了如何向前也就解释了如何向后或向两侧移动的问题。

  那么具体该如何操作?

  增加旋翼3和4的旋转速率,降低旋翼1和2 的速率。此时,总推力与重量相等,因此无人机能够保持高度不变。此外,由于一个位于后方的旋翼是逆时针旋转,而另一个为顺时针旋转,所以增加的旋转力仍然会为零,前方的旋翼情况相同。所以整体上无人机的方向不会改变。然而,无人机后部旋翼所增加的力会使其向前倾斜,因此应该稍微增加所有旋翼的推力从而产生一个净推力,其中的一个分力可以用来平衡重量和向前运动的力。

  学会使用计算机系统

  操作无人机的每个动作都是通过改变一个或多个旋翼的转速完成,为了用一个控制器控制全部旋翼要善用某种计算机控制系统。此外,无人机的加速器和陀螺仪可以对每个旋翼进行微调,从而进一步提高飞行的简易性和稳定性。所以如果让计算机系统完成所有的工作,那么操纵无人机则相当容易。

  理解无人机的飞行原理是不是很有趣?

  无人机(Unmanned air vehicle,UAV)是一种由无线电遥控设备和独立的程控装置控制的无人机。从技术角度看,可分为:无人直升机、无人固定翼飞机、无人多旋翼飞机、无人飞艇、无人翼伞飞机等。

  无人机按其应用领域可分为军用和民用。在军事方面,无人机分为侦察机和目标机。

  无人机+工业应用是无人机的现实需求。目前,无人机在航空摄影、农业植物保护、测绘等领域的应用,极大地拓展了无人机本身的用途。

  无人机原理:

  无人机可以实现高分辨率图像的采集。它不仅弥补了卫星遥感的不足,而且解决了传统卫星遥感存在的重访周期长、应急不及时等问题。

  无人机

  无人机系统由飞机平台系统、信息采集系统和地面控制系统组成。

  第一代主要是侦察机,其中一些已经装备了武器(例如,rq-1掠夺者装备了agm-114地狱火空对地导弹)。军事上对无人机更多角色的设想最初是轰炸和地面攻击,空对地作战,最后是飞行员的区域。装备武器的无人机被称为无人机。

  感谢悟空问答邀请\n航拍无人机大致的几个重要部件:\n1.无人机的大脑—飞控(飞行控制系统)\n2.指南针(GPS/北斗)\n3.动力部分:电机 电调(电子调速器)\n4.能源部分:高能锂聚合物电池\n5.遥控接收部分\n飞行原理:螺旋桨向下做功使浆叶上方气压低\n下方气压高,产生向上飞行的力.\n不需要地面一直遥控 无人机可自主飞行 自主规划航线。\n

  原理很简单啊,一套卫星定位,GPS或者北斗都行,一套姿态控制的飞控,设定好坐标和高度,就可以撒手不管了,上面说的这一套淘宝上最便宜的三百块。

  至于长航时,那就学问大了,气动布局、发动机技术、燃料种类、重量控制、飞行环境,各种因素都必须最优化并且配合得恰到好处

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