4.5.3 多轴无人机
多轴无人机由每个轴末端的电动机转动，带动旋翼产生上升动力。旋翼的角度固定，而不像直升机那样可变。通过改变不同旋翼之间的相对速度可以改变推进力的扭矩，从而控制无人机的运行轨迹。
1.垂直运动
无人机利用旋翼实现前进和停止。力的相对性意味着旋翼推动空气时，空气也会反向推动旋翼。这是无人机能够上下运动的基本原理。旋翼旋转得越快，升力就越大；反之亦然。
现在的无人机能够做三种垂直运动，即悬停、爬升和降低。当悬停时，无人机四个旋翼产生的推力等于向下的重力。当需要爬升时，则增加四个旋翼的推力从而产生一个大于重力的向上的力。在该动作完成之后，无人机的推力可以相对减少，但为了使其继续向上飞行，仍必须保证向上的力要大于向下的力。使无人机下降的要求则相反：需要减少旋翼的推力速度，此时合力向下。
2.旋转运动
如何使一个正在飞行的无人机改变飞行方向呢？此时旋翼的运动原理又是什么呢？如图4-31所示，旋翼2和4呈逆时针旋转，旋翼1和3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。
假设旋翼2和4有一个值为正的角动量，而旋翼1和3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。无人机即可实现悬停。
要使无人机向右转，需要降低旋翼1的角速度。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。为了使无人机在改变方向时保持高度不变，就需要在降低旋翼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，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。
3.水平飞行
由于无人机是前后左右对称的结构，因此，其向前和向后的运动原理没有什么区别。其实这同样适用侧向运动。一架四轮无人机就像一辆每一面都可作为正面的车，所以，向前运动与向后运动或向两侧移动的原理是一样的，如图4-32所示。
图4-31 旋转运动
图4-32 水平运动
例如，增加旋翼3和4的旋转速率，降低旋翼1和2的旋转速率。此时，总推力与质量相等，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。因此，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质量和向前运动的力。
无人机运动原理如图4-33所示。
图4-33 无人机运动原理
（a）垂直运动；（b）俯仰运动；（c）滚转运动；（d）偏航运动；（e）前后运动；（f）侧向运动
思 考 题
1.低速气流有哪些特性？
2.简述机翼结构及压力分布特性。
3.飞机的升力是如何产生的？
4.简述飞机阻力的产生及分类。
5.旋翼升力是如何产生的？