百趣科教公益

龙凯、刘锰、李安、团队科普教员

目录

  • 1 德育课堂
    • 1.1 学习目标
    • 1.2 情景导入
    • 1.3 第一节    科学家的事迹
    • 1.4 第二节 探索科学精神
    • 1.5 案例解析
    • 1.6 本章小结
    • 1.7 拓展阅读
  • 2 体育课堂
    • 2.1 学习目标
    • 2.2 情景导入
    • 2.3 第一节    蓝牙小车竞赛
    • 2.4 第二节    航模竞技
    • 2.5 案例解析
    • 2.6 本章小结
    • 2.7 拓展阅读
  • 3 智育课堂
    • 3.1 学习目标
    • 3.2 情景导入
    • 3.3 第一节 无人机的构成
    • 3.4 第二节 无人机飞行原理
    • 3.5 案例解析
    • 3.6 本章小结
    • 3.7 拓展阅读
  • 4 美育课堂
    • 4.1 学习目标
    • 4.2 情景导入
    • 4.3 第一节 无人机表演
    • 4.4 第二节 探索科技之美
    • 4.5 案例解析
    • 4.6 本章小结
    • 4.7 拓展阅读
  • 5 劳育课堂
    • 5.1 学习目标
    • 5.2 情景导入
    • 5.3 第一节    手脑并用
    • 5.4 第二节 组装智能小飞车
    • 5.5 案例解析
    • 5.6 本章小结
    • 5.7 拓展阅读
第二节 无人机飞行原理

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?

如上图所示,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。一架四轴无人机就像一辆每一面都可作为正面的车,所以,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。

        

名人名言:真正的科学家应当是个幻想家;谁不是幻想家,谁就只能把自己称为实践家。——雨果