无人机如何360度翻身

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下面我将从基本原理、操作方法、不同机型的实现方式、注意事项以及高级技巧几个方面,详细解释无人机是如何完成这个动作的。

无人机如何360度翻身-第1张图片-广州国自机器人
(图片来源网络,侵删)

基本原理:牛顿第三定律的空中应用

无论无人机有多少个旋翼,其翻滚的根本原理都遵循牛顿第三定律(作用力与反作用力定律)

  1. 正常悬停:所有旋翼以相同的速度旋转,产生的总升力等于重力,无人机稳定悬停。
  2. 开始翻滚:要向一侧(例如右侧)翻滚,无人机需要:
    • 增加右侧旋翼的转速:产生更大的升力。
    • 同时减少左侧旋翼的转速:产生更小的升力。
  3. 形成力矩:左右两侧升力的差异,在无人机上形成了一个翻滚力矩,这个力矩会推动无人机绕着其前后轴(Pitch轴)进行旋转。
  4. 完成360度:为了让无人机完成一整圈,这个力矩需要持续作用,直到无人机旋转了360度,然后各旋翼转速恢复到悬停状态,无人机姿态被修正。

就是通过精确、动态地改变各个旋翼的转速,在空中人为地制造一个持续不断的“推力差”,从而驱动无人机像体操运动员一样在空中翻跟头。


操作方法(以常见的多旋翼无人机为例)

这个动作通常通过无人机的“特技模式”(Acro Mode)“手动模式”(Manual Mode)来完成,在这些模式下,飞控系统不会自动修正姿态,完全由飞行员通过遥控器控制。

以一个向前的“筋斗”(Forward Loop)为例:

无人机如何360度翻身-第2张图片-广州国自机器人
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  1. 进入姿态:将无人机加速到一个平稳的前飞速度,速度太慢,筋斗会显得笨拙且容易掉高度;速度太快,则难以控制。
  2. 拉杆(输入俯仰指令):平稳地向后拉动遥控器的油门杆(在Acro模式下,这个杆通常控制俯仰 Pitch),这会让飞控自动增加后旋翼的转速,减少前旋翼的转速,使机头抬起。
  3. 持续输入:保持拉杆的动作,无人机会开始抬头,并逐渐进入翻转状态,无人机的姿态已经完全改变,但飞控仍在执行你的指令。
  4. 过顶点:当无人机翻转到180度位置(机头朝下)时,它正处于筋斗的最高点,此时无人机的升力方向已经完全改变,需要足够的前飞速度和动力来克服重力,防止掉高度。
  5. 推杆(反向输入):继续向后拉杆,直到无人机完成整个360度翻转,机头重新回到水平朝前的方向。
  6. 回中修正:在接近完成时,将遥控杆回中,飞控会自动调整各旋翼转速,修正姿态,让无人机恢复平稳前飞。

要点:整个过程动作要平稳、持续,切忌猛拉杆或中途松杆,否则会导致无人机姿态失控或“失速”。


不同机型的实现方式

不同类型的无人机,实现360度翻滚的机制有很大差异。

多旋翼无人机(四轴、六轴、八轴等)

这是最常见能做此动作的无人机,如上所述,它通过差速控制各个旋翼的转速来实现。

  • 优点:机动性极高,可以向前、向后、向左、向右以及任何方向做筋斗。
  • 代表机型:DJI的 Mavic 3 / Air 3 / Mini 3 Pro(在部分运动模式下)、FPV无人机(如DJI Avata),以及各种竞速穿越机。

倾转旋翼无人机

这类无人机(如DJI Avata)在正常飞行时是多旋翼模式,要完成筋斗,其原理和多旋翼一样,但它们可以在空中切换到固定翼模式,此时飞行方式完全不同,筋斗的原理也和固定翼飞机类似。

固定翼无人机

固定翼无人机主要依靠舵面副翼来控制姿态,而不是改变旋翼转速。

  • 实现原理
    • 副翼:位于机翼后缘,控制翻滚,要让右侧机翼抬起,左侧机翼下沉,飞行员需要向左打副翼舵,这会使左侧机翼的升力增大,右侧减小,形成翻滚力矩。
    • 升降舵:位于水平尾翼,控制俯仰,向后拉杆,升降舵上偏,使机尾下沉,机头抬起,帮助完成筋斗。
  • 特点:固定翼的筋斗通常更流畅、更具能量感,因为它利用了机翼的升力,而不是单纯靠动力对抗重力,但它的机动性不如多旋翼,不能原地做360度翻滚。

单旋翼直升机(如大疆的Matrice 30 RTK)

这种直升机有一个主旋翼和一个尾桨。

  • 实现原理:通过周期变距来改变主旋翼桨盘的倾斜角度,要向右翻滚,飞行员会通过斜盘机构,使主旋翼的桨盘向右侧倾斜,这样,主旋翼的总升力也向右倾斜,这个升力的水平分量就会推动直升机向右翻滚。
  • 特点:非常灵活,但操作复杂,通常由飞控辅助完成,普通用户难以手动操作。

重要注意事项

360度翻滚是一个高风险动作,对无人机和飞行员都有要求。

  1. 飞行模式必须在特技模式或手动模式下进行,在普通模式下,飞控会自动修正姿态,你根本无法完成翻滚。
  2. 电量充足:翻滚需要瞬间的大功率输出,电量不足会导致动力不足,在筋斗中途“掉电”失控。
  3. 飞行环境:选择开阔、无风的环境,风会干扰无人机的姿态,导致翻滚不精准甚至失控。
  4. 飞行高度保持足够的高度! 这是最重要的安全措施,一个标准的筋斗会消耗高度,新手练习时很容易因为高度不够而坠机,至少要在离地10-15米以上的高度尝试。
  5. 机型选择:并非所有无人机都支持此功能,消费级无人机(如Mavic Mini系列)通常被限制,而运动模式或竞速模式的无人机则被设计用来完成此类动作。
  6. 熟练度:在尝试筋斗前,你必须已经熟练掌握了在Acro模式下的基本飞行,包括悬停、八字飞行等,对无人机的姿态有很好的“体感”。

高级技巧与变体

当你掌握了基本的360度翻滚后,可以尝试更酷炫的变体:

  • 反向筋斗:与前向相反,向前推杆,让机头向下翻转。
  • 侧向筋斗:通过控制滚转轴,实现向左或向右侧的360度翻滚。
  • 慢速/失速筋斗:以较低的速度和动力完成,看起来更飘逸,但技术难度更高。
  • 连续筋斗:一个接一个地连续做多个筋斗。
  • 组合动作:在筋斗中穿插横滚或其它动作,形成复杂的航线。

无人机360度翻身是一个将物理学原理与飞行控制技术完美结合的特技动作,它通过精确操控旋翼间的转速差,在空中制造力矩,从而实现姿态的翻转,对于普通爱好者而言,在确保安全的前提下,选择支持运动模式的无人机,并在足够的高度下练习,是体验这一精彩飞行的最佳途径。

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