小型无人机的工作原理是什么？

小型无人机为什么有4个旋翼，它是怎么控制飞行的？

4个旋翼的布局，在这种小型飞行器上具有无与伦比的优势，在保持飞行速度的同时，还能灵活机动。无人机的每个旋翼都由独立的无刷电机驱动，这样一来，就可以改变不同电机的转速来实现各种飞行动作。

如果无人机需要爬升，4个旋翼就会同时把转速调快，在转动时上部的气流经螺旋桨加速朝下面移动，大家都知道，力的作用是相互的，上部分气流往下冲，无人机就有了一个升力。

经过工程师们的详细测算得出，当旋翼的桨叶与水平乘45度角的时候，这个升力是最大的。需要下降时就反着来，同时降低4个旋翼的转速，升力小于重力，无人机就下降了。

而且，两个旋翼顺时针旋转，另外两个旋翼逆时针旋转，它们的反扭矩就相互抵消了，不需要给无人机加装尾桨，如果只有一个旋翼的话它就会在空中打转。

其实这个反扭矩还有一个好处，可以让无人机转向。比如，飞手准备飞9点钟方向，那就让无人机的两个旋翼减慢速度，机头调到9点钟方向后再把速度调回来，让它不再旋转。

无人机怎么往前飞呢？

将后面两个旋翼的转速加快，这时机身向前倾斜一个角度，旋翼的力可以分解成两个方向，一个向上的升力和一个向前的推力，向左侧飞和向右侧飞也是一样的。这种小型无人机它的一个绝活，在空中极速刹车，向后倒着飞。

只要控制四个旋翼的转速就能调整飞行姿态，简直是程序员的“梦中情机”。相比之下，单旋翼直升机需要复杂的倾斜盘机构来改变旋翼攻角，虽然一个旋翼，飞控代码写到秃头。

讲完无人机的基本结构，我们再来看看它的飞控系统。

四旋翼无人机要想平稳飞行，离不开一系列精密的传感器和控制系统，这是它的大脑。最重要的是惯性测量单元，它里面集成了加速度计、陀螺仪和磁力计三种传感器。

加速度计主要用来测量三个轴向的线性加速度，原理也很简单，就是利用微机电系统技术搞一个微小质量块，当受到加速度作用时，它会产生位移，通过检测这个位移就能计算出加速值。

陀螺仪主要用来测量角速度，现代无人机的振动式陀螺仪一般采用石英和硅半导体，利用地球偏转力来检测机体的旋转运动。每时每刻都在进行测量，这样才能保证无人机飞的四平八稳。

飞控主处理器则会用这些数据进行计算，然后自动调节旋翼转速。

现代无人机都非常先进，它要是电量不足或者接收不到遥控信号，还会主动返航，这又是怎么做到的呢？

其实就两点，一个算法外加导航模块就能搞定，导航模块可以连接GPS或北斗系统。为了返航时能稳稳降落在操作员身边，无人机要精准测量自身的高度，所以先进一些的无人机还会加装一个气压计来测高，不同高度的大气压是不一样的。

虽然四旋翼设计在小型无人机上大获成功，但是你发现没有，大型无人机很少见到这种气动布局，这是为什么？

四旋翼的主要优点在于结构简单、控制灵活、维护方便，很适合1-10公斤级别的小型无人机。当它的尺寸和重量变大时，四旋翼设计的缺点就会被放大。

在效率上，旋翼尺寸增大后，为了产生足够升力需要更大的功率，这样，四个旋翼的能耗会急剧上升，不如单旋翼的直升机，和固定翼大展弦比的无人机更没法比。所以，我国的军用无人机，诸如翼龙系列、彩虹系列都是有翅膀的，他们的家族成员中有的航程可以突破10000公里。

还有一个是冗余性问题，很多人以为，四旋翼无人机飞的很稳、可靠性强，哪怕少了一个机翼都能飞，这是错误的。小型四旋翼在单个电机失效时也只能勉强维持，摔得姿势好看一些罢了。但大型无人机重量大、惯性大，如果还这样设计，单个旋翼失效会导致光速坠机。

最后就是飞行速度，四旋翼无人机的飞行速度是非常慢的，在飞行器大家族中也就比飞艇和小型旋翼机快一些。俄乌战场上的穿越机相当于小型无人机中的跑车，它的速度一般是在150公里每小时，最快曾飞到过268公里每小时。