四旋翼在其四个轴臂上四个桨的高速转动作用下,会受到四个桨的拉力,拉力方向与机身垂直,当四个桨产生的拉力总和大于机身重力时,飞机处于上升状态;当总拉力小于机身重力时,飞机处于下降状态;当总拉力等于机身重力时,飞机处于悬停状态。

拉力大于重力和拉力小于重力时上升或下降。当然,飞机的运动方式没有这样简单,在实际飞行过程中飞机可能会受各种不同因素的共同作用成产生6个自由度的运动组合。为了掌握飞机的基本运动规律,我们先来了解一下飞机的三个基本姿态:横滚roll、俯仰pitch、偏航yaw。下图为这三个基本姿态的图解:

针对四旋翼来具体分析其三个基本姿态,先来看看十字型四旋翼的拉力情况,在不考虑其它因素的情况下,当四个螺旋桨的拉力相同时,飞机处于水平状态:

假设让左右两个电机的转速不同,它们所带动螺旋桨所产生的拉力也就会不同。例如,可以使电机0和电机2的转数不变,而使电机1的转数加快,使电机3的转速减慢。结果就会使右侧的拉力增加,而左侧的拉力减小,从而对飞机产生一个力矩,在这个力矩的所用下,飞机会向左侧横滚。
同理,如果让电机1和3的转速不变,而使电机2的转速增加,电机0的转速减慢,飞机则会产生一个力矩,在这个力矩的作用下飞机会出现俯仰姿态。
实际上,如果四个电机转动的方向是一致的,比如都做顺时针转动,在反作用力的效果下,飞机会受到一个跟电机转动方向相反的力矩

本文介绍了四旋翼飞行器的基本工作原理,包括如何通过调整不同电机的转速实现上升、下降、横滚、俯仰及偏航等基本运动。通过控制四个螺旋桨产生的拉力,四旋翼可以完成复杂的空中姿态变化。
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