无人机如何控制飞行方向？

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基本原理：作用力与反作用力

无人机能飞起来并改变方向,最根本的原理是牛顿第三定律——作用力与反作用力。

（图片来源网络，侵删）

关键问题来了：如何让这个结构对称的无人机精确地倾斜到我们想要的角度呢？ 这就需要核心部件——飞行控制器（飞控）和动力系统的协同工作。

飞行控制器 (Flight Controller, 简称“飞控”)
- 大脑：这是无人机最核心的部件，相当于无人机的“小脑”，它是一个集成了微处理器、传感器（陀螺仪、加速度计、气压计等）和电路板的小电脑。
- 职责：实时接收来自遥控器的指令，并结合自身传感器感知到的无人机当前状态（是否倾斜、高度、速度等），通过复杂的算法计算出每个电机应该输出多大的功率，然后下达指令给电调。
电子调速器 (Electronic Speed Controller, 简称“电调”)
- 信使：它位于飞控和电机之间，飞控发出的指令是“给左前电机增加10%的转速”，电调的工作就是精确地接收这个指令，并相应地提高供给该电机的电压和电流。
- 职责：精确控制每个电机的转速。
电机和螺旋桨
（图片来源网络，侵删）
- 肌肉：它们是执行最终动作的部分，电调控制电机的转速，电机带动螺旋桨旋转，产生推力。
- 关键布局：绝大多数消费级无人机（如大疆）采用X型四轴布局，即四个电机位于一个“X”形的四个顶点，这种布局是实现灵活转向的基础。

以最常见的四旋翼无人机为例，它的方向控制核心是差速推力，通过改变对角线上或相邻两个电机的转速差，来产生旋转力矩，使无人机倾斜，从而改变飞行方向。

假设我们以“X”型布局的无人机为例，四个电机分别为：

操作：飞行员向前推动摇杆。
飞控指令：飞控计算后，决定让无人机“低头”。
执行过程：
- 飞控命令后两个电机（BR 和 BL）加速旋转，产生更大的拉力。
- 命令前两个电机（FR 和 FL）减速旋转，产生较小的拉力。
物理效果：后端拉力大于前端，整个无人机会像跷跷板一样向前倾斜。
最终结果：升力分解出一个向前的分力，无人机向前飞。

这是最有趣的一种控制,它不改变无人机的倾斜角度，而是让机体在水平面上原地旋转。

操作：飞行员向左或右打方向舵（通常是遥控器上一个拨杆或摇杆的扭转）。
物理原理：根据角动量守恒定律，每个旋转的螺旋桨都会产生一个反扭矩（Torque），试图让无人机机身向相反方向旋转。
执行过程（以逆时针旋转为例）：
- 飞控命令两个顺时针旋转的电机（假设是FR和BL）略微加速。
- 命令两个逆时针旋转的电机（BR和FL）略微减速。
物理效果：顺时针电机的反扭矩增强，逆时针电机的反扭矩减弱，这个扭矩差就会推动整个无人机绕着中轴线逆时针旋转。

现代无人机（尤其是大疆产品）不仅有手动模式，还内置了多种智能飞行模式，让方向控制变得更加自动化和智能。

（图片来源网络，侵删）

GPS模式：
- 飞控通过GPS模块知道自己的精确位置。
- 当你推动摇杆时,它不是简单地让飞机倾斜，而是计算出一个到达目标点的最优路径，自动调整姿态和速度，实现平滑、稳定的飞行，你松开摇杆，它会自动悬停在当前位置。
智能跟随模式：
- 无人机利用视觉传感器或识别算法锁定一个目标（如人、车）。
- 它会自动计算与目标的相对位置,并自主调整飞行方向和速度，始终保持与设定的距离和角度跟随目标。
指点飞行模式：

你在屏幕上点击一个点,无人机就会自动规划路径，飞向该点，并在该点上空悬停，方向控制完全由飞控根据目标点坐标和自身位置自动完成。
无头模式：
- 这是一个为初学者设计的模式,在这种模式下，无人机的“前”和“后”是相对于遥控器的，而不是相对于无人机机头的。
- 无论无人机机头朝向何方,你向前推遥控器摇杆，它永远会朝向你自己的方向飞去，这大大降低了新手因分不清机头方向而炸机的风险。