104 无人机大揭秘无人机是怎么飞起来的第3章 113第 3 章 无人机是怎么飞起来的飞车，加速爬升。我国研制的“长空－ 1”号靶机采用的就是这种起飞方式。在起飞车的设计方面，中国的科研人员不但开始得比较早，而且有许多创新性的发明。由汽车或轨道车背负起飞将无人机安装并锁定在汽车、轨道车背部的支架上，启动无人机的发动机后，汽车（或轨道车）在公路（或铁路）上疾驰前行，当车辆的速度达到无人机的离地速度后，打开（或切断）固定锁，无人机便可自行离开起飞平台。手掷起飞一些小型和微型的无人机多采用此种最为简单的方法放飞（如图3-11 所示）。图 3-11垂直起飞旋转翼无人机一般采用垂直起飞。起飞时，装在其翼尖上的两台发动机和螺旋桨向上倾斜，将飞行器拉离地面。达到一定高度后，发动机和螺旋桨转至水平方向，飞行器即可进行常规飞行了。在垂直起飞时， 114 无人机大揭秘旋转翼无人机的机身始终保持水平姿态。还有一种特别的无人机，在起飞时机体是竖直向上的，靠其尾部或头部的螺旋桨拉离地面，升空后，再逐渐转为水平状态。凡是采用垂直起飞方式的无人机，其起降场都很小，但在起飞时的耗油率偏高，因此，它们的活动半径和留空时间均较短。而且，由于控制方式复杂，对发动机的要求高，垂直起飞悬停、过渡飞行时的可靠性、安全性较差。此外，某些特殊的无人机（如机翼可折叠的无人机、超高速无人机等），还可选择火箭发射或火炮发射的方式升空。2. 无人机的回收方式与起飞一样，无人机的回收方式也是多种多样的。无人飞艇和无人直升平台的回收比较容易。无人飞艇由地面控制人员操纵到预定高度、预定地点后，按照指令投下绳索，地面人员收拢绳索，缓缓将其拉近地面，然后系好绳索就算完成回收任务了。无人直升平台在遥控指挥下，抵达回收点上空后，逐渐降低发动机功率，慢慢下降高度，便可降落到指定地点（地面、舰面、回收车平台等）。而固定翼无人机的回收要比起飞困难得多，固定翼无人机的回收方式五花八门，各有优缺点。目前固定翼无人机的回收方式包括：伞降回收、空中回收、撞网回收、目视遥控着陆回收、电视遥控着陆回收、拦阻回收、全地形回收等。伞降回收无人机上带有降落伞，按照预定程序或在地面遥控站的指挥下到达回收区上空，然后自动开伞或根据遥控指令开伞，降落在陆地上或水面上（如图3-12所示）。伞降回收比较安全可靠，但其缺点也很明显—自带降落伞，需要占用无人机机身内有限的空间和载荷；伞降着陆时，飞机下降速度较快，在着陆瞬间，机体会受到较强烈的冲击，会造成不同程度的损伤。如果降落在水中，机载设备、发动机等被水浸泡，会影 115第 3 章 无人机是怎么飞起来的响其正常工作。因此，无人机伞降回收后一般都需要经过检查和修理才能再次使用。若无人机降落在海上，打捞起来是比较困难的，需要为回收船配备一些专用的设备，否则，就算小艇靠近了浮在水面上的无人机，也会束手无策。如果遇到恶劣海况就更麻烦了，在风大浪高的情形下，将难以实施工作。图 3-12空中回收其开始的程序与伞降无人机回收方式相同，当无人机打开降落伞在空中飘落时，用直升机等回收母机在空中将无人机“捞回”，然后携带无人机返场着陆。采用这种回收方式，无人机不易受损，但需配备直升机等回收母机，且回收过程非常复杂、要求严格，二者的配合必须准确无误。撞网回收无人机在地面无线电的遥控下，逐渐降低高度、减慢速度，然后正对着拦阻网飞去（如图3-13 所示）。拦阻网由弹性材料编织而成，网的两端还连接着能量吸收器。无人机撞入网中后，速度很快便减为零。撞网回收方法的优点是：不受场地的限制，布设方便，在山区、舰船上均可架设拦阻网；缺点是：网的面积有限，在天气和海况不好的情况下，通过遥控方式，无人机不易对准拦阻网。在中小型军舰上布设拦阻网， 116 无人机大揭秘问题更多，由于舰体长度不大，其上方又布满了雷达、导弹、通信天线等大量的军用设备，能够用于架网的空间非常有限。加之海上风浪大，舰体摇晃严重，用遥控的方式更不易准确入网。若一旦出现偏差，将有可能撞到军舰上，损毁价格昂贵的设施设备。图 3-13目视遥控着陆回收这种方法多用于轻型无人机。回收时，地面操纵人员一面目视远方逐渐下降高度的无人机，一面通过遥控装置控制无人机的飞行姿态，直至其接地。由于轻型无人机的尺寸一般都比较小，操纵人员在地面用目视的方法控制无人机着陆，难度较大。而且操纵人员无法立刻感知无人机飞行状态的变化，即使是经验丰富的操纵员也难免失误。重型无人机的目标大、好观察，用目视遥控着陆的方法回收似乎要容易一些。但无人机越大就越贵，造价高达数百万甚至几千万元，这对地面操纵员构成了很大的心理压力，稍有不慎，便会导致巨额的损失。因此，大型无人机一般不采取这种方式回收，目视遥控着陆只是作为一种备份方案。只有在无人机的自动着陆系统出现故障或偏差时，才由地面遥控操纵员接手。电视遥控着陆回收某些无人机的头部带有摄像装置，地面站人员可从荧光屏上观看 117第 3 章 无人机是怎么飞起来的到从无人机上传回的现场实时图像，操纵员坐在模拟驾驶舱内，根据“实景图像”的情况操纵驾驶杆和油门，遥控装置及时向无人机发送遥控指令，控制无人机安全着陆。这种操纵方式与有人驾驶飞机几乎一样，准确、可靠，但它的视景偏小，而且机载和地面设备都比较复杂，造价较高。由于测高、定位精度不够，无人机要想实现自动着陆很困难，也很危险。拦阻回收这是为缩短滑跑距离，在跑道上放置弹性拦阻索的方案，如图 3-14所示。无人机着陆后，用着陆尾钩挂住拦阻索，就能很快地减速并停机。其着陆过程与有人驾驶的航空母舰舰载机的着舰情况相似。这种办法的好处是：起降场的面积可以大大缩小，有利于无人机在前线地区使用。图 3-14全地形回收这种回收方法的设施很简单，只要在地面上架设两根高度较高的杆子，然后在两根杆子之间拉一条绳子。无人机返回时，先从翼尖或翼下放出两根带有钩子的短索（钩子的重量较大，再加上此时无人机已降低了飞行速度，因此，短索是向斜下方倾斜拖出的）。随后，无人机在地面人员的操纵下，向着两根高杆之间的横索上方飞去，利用下垂的钩子挂住横索。一旦被钩上，无人机就会一头“扎向地面”。不过，此时 118 无人机大揭秘不必担心无人机的安全，因为，其翼下放出的带有钩子的绳子很短，离地面较远。这种回收方式不受地形的影响，在山区、城区、海区都能使用，因此被誉为“全地形回收”。3.2  无人机的飞行模式飞行模式（Flightingmode），可以理解为操作者对飞行器飞行姿态的一种控制关系。在目前的消费级无人机中都内置提供了许多飞行模式。我们了解并熟悉了这些飞行模式后，能够大大减轻操作的负担，从而将更多的注意力放在任务的执行上，这样可以提高任务的成功率，降低摔机的次数。常见的飞行模式有（辅助）平稳模式、悬停模式、返航模式、自动起降、自动航行模式等。接下来，我们就分别介绍这些不同的飞行模式。3.2.1  平稳模式平稳模式是指操控人员在对无人机下达控制指令后，在双手离开手柄的那一刻，自动驾驶仪就接替驾驶无人机，保持其飞行的高度和稳定性。即便遇到阵风，无人机也可以做出相应的调整，以保持正常的飞行。这种模式使无人机的飞行变得更加简单，让没有飞行经验的操作人也能很好地驾驭无人机，避免犯下致命的错误。所以也有人把这样的模式叫作“简单模式”（Simplemode）。在这种模式下，例如无人机的前向固定在北方，使用遥控器杆控制其向东西和南北，飞行只跟地理方向相关。如果你想让无人机的飞行更加简单，还可以忽略无人机的指向，遥控器只控制无人机与 Home 点的远近，以及其围绕 Home 点向左 / 向右绕行。 119第 3 章 无人机是怎么飞起来的平稳模式其实不是单独的模式，它是与其他模式组合使用的，目的在于简化非专业人士对飞行的理解，而不是替代手动驾驶。3.2.2  悬停模式悬停模式是指旋翼无人机保持悬停状态，即使是在风中也不例外，此时的无人机保持一定的高度，围绕自己所处的位置盘旋，包括俯仰、横滚和航向都是由遥控器控制。我们以四旋翼无人机为例，来看一看悬停模式下的飞行原理。四旋翼无人机通过调节 4 个电动机转速来改变旋翼转速，实现升力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。四旋翼无人机是一种六自由度的垂直升降机，只有 4 个输入力，但同时却有 6 个状态输出，所以它又是一种欠驱动系统。因此，同时增加 4 个电动机的输出功率，旋翼转速增加使总的拉力增大，当总拉力足以克服整机的重量时，四旋翼飞行器便离地垂直上升；反之，同时减小 4 个电动机的输出功率，四旋翼飞行器则垂直下降，直至平衡落地，实现沿Z轴的垂直运动。当外界扰动量为零时，在旋翼产生的升力等于飞行器的自重时，飞行器便保持悬停状态（如图3-15 所示）。图 3-15对于普通的玩家来说，不需完全弄懂这些理论知识，只要熟练掌握无人机上各种传感器和自动控制系统，就能实现漂亮的悬停。从根本上 120 无人机大揭秘来说，自动悬停就是将无人机固定在预设的高度与水平位置上，其实也就是一组三维坐标。无人机要确定自己的高度，就需要通过超声波传感器（测量与地面的距离）或者气压计（高度会影响大气压的变化）来测量，而水平位置的坐标则由 GPS 模块来确定。当然，GPS 也可以提供高度信息，但对于主流的无人机来说，更倾向于使用气压计。除了 GPS 模式来定位外，无人机还有一种“姿态模式”，依靠的是内部的 IMU（惯性测量单元，实际上就是一组陀螺仪 + 加速度计传感器）来识别自身的飞行状态和相对位移。通过各种传感器知道自己的高度与水平位置后，无人机要如何悬停在这个预设的位置上呢？这其实就是一套负反馈自动控制系统（意思就是偏离预设值就自动调整回来）。以 GPS 模式为例，当无人机受到外界影响，高度有升高或者降低的趋势时，控制单元就会调节电动机的功率进行反方向运动补偿；如果无人机有被风横向吹离悬停位置的趋势，控制单元可以启动侧飞模式与之抵消（如图3-16 所示）。一般情况下，专业多轴无人机抗 4 级风是没有问题的，你所看到的就是它稳稳地定在那里没有动。如果天气不是很好，GPS 搜索困难的时候，姿态模式就派上用场了。依靠无人机内部的 IMU 单元，系统可以识别当前的飞行姿态，进行自动平衡补偿，同样可以实现高度和水平位置的锁定。图 3-16 121第 3 章 无人机是怎么飞起来的3.2.3  返航模式无人机在飞行过程中如果遇到信号丢失、电量不足或者过分远离的情况时，我们一般最先想起的是无人机的返航功能，也就是无人机能够自主飞行至返航点（如图3-17 所示）。图 3-17具体而言，返航模式需要 GPS 信好良好（移动设备上 GPS 图标为绿色）、指南针工作正常且飞行器成功自动或手动记录了返航点。满足了这些条件，无人机在遥控器信号或图像信号中断超过 3s，或者电池低电量返航提示超过 10s，飞控系统将接管飞行器控制权，控制飞行器飞回最近记录的返航点。如果在返航过程中信号恢复正常，返航过程仍将继续，但可以通过遥控器控制飞行航向，且可短按遥控器智能返航键取消返航。但是，返航模式也有风险，如果操作不当，很可能返航失败。所以，在使用该功能之前，一定要注意以下几点。① GPS 信号良好。如若信号欠佳（GPS 图标为灰色）或者 GPS不工作时，则无法实现返航，如图 3-18 所示。 122 无人机大揭秘图 3-18② 正确记录最近的返航点。为了能准确设置返航点位置和加固安全，自动返航点最好每次都手动设置一下。因为当接收到的有效卫星数量大于等于 8 颗时，GPS 图标颜色转为绿色，无人机启动电动机时便刷新当前位置为自动返航点。如果没有成功设置准确的返航点就起飞时，当无人机在飞行过程中接收到 8 颗有效卫星时，飞行器就自动以此刻的坐标为返航点了。③ 飞前设置合理的失控返航高度。因为无法自动避障，可根据地图大致了解一下飞行地点周围的建筑物高度、密度，然后根据环境需要来设定飞机失控后的行为动作。因为无人机在自动返航过程中无法自动避障，就必须设置一个比较合理的返航高度。如果设置高度太低，返航时可能碰撞建筑物而炸机；如果设置返航高度过高，无人机就需要先垂直上升到预设的高度再返航，整个返航过程的耗电量会大幅增加，导致无人机在返航或下降过程中电池耗尽而致炸机。所以，根据设置的返航高度，可适当调整一下低电量的一级和二级警告线的百分比。④ 返航过程中，要适时控制航向或切换手动模式。例如无人机受指南针干扰后，会切断指南针与 GPS 模块的工作状态，这时 105第 3 章 无人机是怎么飞起来的在航空技术已经普及的 21 世纪，各种能在天空中飞翔的飞机早已司空见惯。但是，对于一些无人机来说，人们还是不免要问起一些基本的问题—无人机是怎么飞起来的？无人机的飞行有什么特别之处？因此，本章将主要讲述飞行的主要原理，尤其是应用于无人机的原理。3.1  关于飞行的理论知识在我们生活的世界，四周都被空气环绕，而空气又具备一定的密度，因此在空中飞行的物体，可以感受到“相对风”的存在，将飞行物体向反方向推动，这种推动便是空气“阻力”。除了阻力之外，还有物体本身的“重力”、外部提供的“升力”和“推进力”等基本要素，如图3-1 所示。※ 阻力：由相对风引起，作用方向和物体移动的方向相反。※ 重力：物体由于地球的吸引而受到的力。※ 升力：克服重力，将物体向上托举的力。※ 推进力：由动力机构（一般是引擎）产生，克服阻力推动物体向前的力。图 3-1 123第 3 章 无人机是怎么飞起来的使用自动返航功能是无效的。所以此时需要手动切换姿态模式来操控飞机，如果没有开启该选项，遥控器进行飞行模式切换是没有用的。在出现低电量返航提示时，如果没有手动取消返航提示，过 10s 后无人机会执行自动返航指令，此时想要手动降落，就需要先取消自动返航的提示，但是，在严重低电量的情况下，无法手动取消返航。除了这些主要的注意事项，还有一些小细节也不能忽视。因为降落点可能没那么准确，所以下降过程中需要手动控制一下落点，让飞机降到合适降落的平整区域。另外，有时候自动降落的速度很快，快落地时最好控制一下油门让飞机落慢一点。3.2.4  自动起降无人机自动起降。简单地说，就是不需要手工参与，无人机能够实现自主起飞和降落。自动起降功能尤其适用于旋转翼无人机，你只需要按下一个按钮，无人机就可以自动上升至几米的高度然后保持悬停状态；要降落时，随着无人机的机身接近地面，速度会不断下降，最后在接触地面的时候自动关闭引擎。旋翼无人机的垂直起降方式便是自动起降的一种。当垂直起降遭遇无人机垂直起降技术顾名思义就是飞机不需要滑跑就可以起飞和着陆的技术。它是从 20 世纪 50 年代末期开始发展的一项航空技术。这里把飞机的飞行分为三个主要阶段，即起飞、平飞和降落，其中飞机实现起飞和降落的方式就是滑跑方式，所以需要机场跑道（如图3-19 所示）。而垂直起降主要指固定翼飞机可以不用借助跑道而在原地就能垂直起飞和垂直降落。垂直起降技术的诞生主要是因为飞机滑跑起飞方式的不足，特别是在历次战争中的表现，让飞机的垂直起降进入人们的视线。第二次世界大战及中东战争等直接对敌方机场的袭击让人 124 无人机大揭秘们感受到了需要跑道的滑跑式飞机的不足之处，而冷战则是垂直起降技术的催化剂。第二次世界大战后的 20 世纪五六十年代，在极有可能爆发核战争的阴影下，人们担心出现核大战对机场造成破坏、常规飞机无法出动的局面，所以催生了固定翼飞机的垂直起降技术。图 3-19垂直起降飞机减少或基本摆脱了对跑道的依赖，只需要很小的一块平地就可以拔地而起和垂直着陆，所以在战争中飞机可以分散配置，便于灵活出击、转移和伪装隐蔽，不易被敌方发现，出勤率也大幅提高，并且对敌方的打击具有很高的突然性，大大提高了飞机的战场生存率。另外，具有垂直起降能力的飞机不需要专门的机场和跑道，这样就省去了昂贵的机场建设费用，不用驱鸟了，也能在恶劣气象条件下起降，降低了使用成本，所以飞机的垂直起降成了航空发展的一个方向（如图3-20 所示）。 125第 3 章 无人机是怎么飞起来的图 3-20当垂直起降遇到无人机之后，又发生了很多故事。我们知道，无人机发展经历了固定翼→单旋翼→多旋翼三个阶段。无人机最早用于军事领域，固定翼无人机有着续航时间长、作业半径大的特点，但是对起飞降落场地有一定的要求，且无法空中悬停。2000 年，单旋翼无人直升机出现，这类无人机有着垂直起降、空中悬停的特点，但是单旋翼无人机结构复杂，零部件很多，导致它的研发成本非常高，周期非常长，维修不方便，对操作者的培训也要求很高，目前市场上做单旋翼无人机的厂家很少。多旋翼无人机有单旋翼无人机的优点，且结构简单、操作简便，安全稳定性好，性价比也高很多，是目前主流的无人机结构。可是不管是哪种翼型的无人机都存在一些问题。例如，多旋翼无人机最大的问题是续航能力比较差，每次只能飞 20 多分钟，这使它们的飞行距离和范围受到了很大的限制。而固定翼无人机虽然续航能力强，速度也更快，但起飞和降落都是十分麻烦的事情。有的是像投射标枪一样用手扔出去，有的则是用大型弹弓弹射出去。而降落则有可能直接冲地撞毁，军方甚至尝试过在无人机降落时用一张大网把它兜住。 126 无人机大揭秘垂直起降无人机由于不需要跑道就能起飞，目前在专业级应用领域大受欢迎。但目前不少垂直起降无人机要么就是仅限军用，要么就是由内燃机提供动力，维护起来十分复杂，或者干脆就是续航时间和载重等较小。总结起来就是：空域较大且需求长航时的项目，固定翼无人机无法起降，直升机、多旋翼机满足不了航时需求，无人机“用不了”；大多工业级无人机、质量稍微好一点的偏贵，无人机“用不起”；无人机买回家了，发现无人机结构复杂，操作烦琐，怎么使用都“用不好”，想要培养一个高素质的“飞手”也困难重重。唯有打造出航时长、垂直起降、结构简单、操作简单、价格便宜的无人机，才能真正解决让人烦恼的无人机的泪点与痛点。德国的汉斯 - 彼得·汉姆博士创办了无人机公司 Aerolution，他们的 SONGBIRD 系列无人机采用固定翼的结构，却可以实现和多旋翼无人机一样的垂直起降，不需要跑道或其他辅助设施。其中的秘诀是什么呢？其实是因为它有可以动的螺旋桨。无独有偶，我国也开发了类似的无人机。例如 CW-20 大鹏无人机（如图 3-21 所示），采用复合翼形式，以常规固定翼飞行器为基础，增加多轴动力单元，在起降及低速状态下按照多轴模式飞行，通过多个螺旋桨产生的拉力克服重力和气动阻力进行飞行。在高速状态下，按照固定翼模式飞行，通过气动升力克服重力，通过拉力向前的螺旋桨克服气动阻力实现飞行。复合翼方案无须额外机构，结构简单，不存在大幅度飞行姿态变化，导航解算容易。图 3-21 127第 3 章 无人机是怎么飞起来的而对于固定翼的无人机来说，由于目前还不能实现垂直起降，所以它们在自动起飞前，需要先判断风向，确定风向后相应地决定无人机的起飞方向。一旦无人机相对于空气的速度超过规定值，自动驾驶仪将启动引擎，调整无人机获得理想的上升角度。同样，在着陆时，固定翼无人机则需要逆风呈环形路线下降。3.2.5  自动航行模式自动航行模式（Automode）对消费级无人机来说是一个福音，它无须人工手动操控，可以实现全自动化飞行。这样就解放了玩家的双手，他们只需要带上控制跟踪器，将无人机放飞到空中就能够自动飞行。飞行期间，除了拍照快门以外完全不需要手动控制，整个过程将会变得十分方便。当切换到此模式时，飞行器会按照预先设定的飞行方式和飞行航点自主导航完成整个飞行过程，其中包含自主起飞、航点任务和自主降落。航点设置可在地面站软件中完成，并需要上传至飞控。值得注意的是，自动航行模式的飞行控制是基于悬停模式和巡航模式的，所以在自动飞行之前，需要先完成悬停模式和巡航模式的调试。自动航行并不是意味着手工完全不能介入，在飞行过程中，操作者可随时遥控切换进入其他模式，但是再次从其他模式切换回自主飞行后，仍然会从任务规划的第一个任务开始重新执行。而且飞行中横滚、俯仰和油门操作将不起作用，但是可以用遥控器控制飞行器的指向，以便让其指向特定目标。当飞行到下一个航点时，飞控会重新调整飞行器的指向。对于无人机的专业研究人员来说，自动航行还意味着可以人工编程飞行航线（如图 3-22 所示）。无人机的飞行路线是由一个中继点到达另一个中继点（WayPoint，中继点的位置由地理坐标和高度决定），而无人机在处于两个中继点之间的飞行速度和任务行为都可以提前设 128 无人机大揭秘定。例如，可以预先设定无人机在某处悬停拍摄照片。一般而言，在无人机起飞之前，可以将预先设定的程序下载到自动驾驶仪里，然后，在操作无人机起飞之后，自动驾驶仪就可以随时执行程序中的命令。不过，这样的编程对普通无人机玩家而言有些难度，所以，目前的消费级无人机都已经预设好了不同的飞行模式，其中就包括自动飞行。消费者只需要选择不同的模式，就能够实现无人机的自动航行。图 3-223.2.6  自动航行模式的危险完全使用自动驾驶仪控制无人机飞行，也存在着一些潜在的风险。1. 机械故障无人机首先是一个飞行器，作为一个密度大于空气的飞行器，无人机和有人机一样，飞行的每分钟都是在与重力做抗争，飞行的每分钟都是在风中行走。机械故障非常致命，譬如舵或者旋翼发生故障时，操 129第 3 章 无人机是怎么飞起来的控人员很快就能发现这一问题，并命令无人机立刻下降。但是自动驾驶仪在平稳运行时，很容易掩盖这些故障，最后导致十分危险的后果。2. 链路干扰无人机在起飞、降落段一般采用 2.4G 遥控器控制，而更远距离则使用频率几百兆的微波电台下达飞行指令。虽然机载的电台与地面电台同时不停地改变频道，不担心被破译，也不担心失锁，但是在远距离飞行的时候还是要防备通信联络被干扰或者遮蔽。为了应对链路中断，一方面需要使用性能和可靠性好的电台，一方面需要规划、勘察好航线，另一方面就是尽量手工操作。3.GNSS 干扰GNSS 是全球卫星导航系统的简称，无人机需要 GNSS 系统来获取自己的位置信息是必需的。GNSS 的定位精度高，无人机的航线精度也就高，没有 GNSS 的位置信息，无人机基本上寸步难行。所以为了以防万一，即使装备了自动化程度很高的飞控系统，也最好有“飞手”保驾。尤其在楼宇密集的地方起降，为防止多路径效应带来的定位误差，还是手动降落能够避免危险。4. 自然环境 目前民用无人机的应用主要是在低空和超低空，不管是无人机还是有人机，在低空飞行时都会受许多外部环境的影响。首先天有不测风云，突然出现的风雨雷电都会威胁飞行安全；其次低空地形复杂，导致气流紊乱，产生风切变；再次低空环境复杂，可能出现难以察觉的障碍物或其他飞行物；最后在复杂地形低空飞行中，飞行器与地面距离不一，可能让“地效”时有时无，加大操控难度。低空飞行的不可预知因素太多，危险性很大。为保证飞行安全，需要尽量认真地勘察好航线，确定合理的飞行高度，密切关注气象状况。在自然环境欠佳的场合，尽量不要用自动航行模式。 130 无人机大揭秘3.2.7  其他飞行模式除了上文所提到的一些主要的飞行模式，还有一些不常见的飞行模式。1. 直降模式（Land mode）进入直降模式后，无人机首先以设定的速度下降至 10m 高度，然后以默认 0.5m/s 的速度继续下降，直至判定飞行器落地，自动关闭电动机。在下降过程中，无人机俯仰横侧可控。2. 巡航模式（Loiter mode）与光流模式（OF LIITF mode）巡航模式下，无人机保持高度，俯仰横滚姿态和航向不变。遥控器控制时，无人机以很慢的速度在各个方向移动，前后左右的默认移动速度为 5m/s，光流模式与巡航模式功能相同，但是会使用光流传感器以便获得更好的定位。3. 兴趣点环绕（Point of Interest）无人机选择一个地点或拍摄对象，可以在飞行中保持面向拍摄对象，并自动环绕拍摄对象飞行。4. 跟随模式（Follow mode）无人机可以跟随地面上装有全球卫星定位系统的发射器所发射的信号，从而可以自动跟随汽车、船只和地面上的行人。5. 航点飞行（Way points）无人机可以记录航点，生成航线并自动飞行，可以让操作者在飞行中专注操作相机，捕获出色的影像。6. 特技模式（Acro）在该模式下，无人机可以做出环绕（Circle）、漂移（Drift）、 131第 3 章 无人机是怎么飞起来的姿态保持（PosHold）等高难度的花样动作（如图3-23 所示）。无人机以一个设定的距离，绕一点飞行，其横滚和俯仰不能控制，无人机前部总是指向该点，并且可以控制高度，称为“环绕动作”。无人机进行漂移，简单来说就是让多轴飞行器像固定翼一样飞行，模拟 FPV 飞行。用遥控器控制航向和俯仰，滚转则由飞控自动控制，这样实现用一个遥控杆控制无人机，使用油门可直接控制其高度。 图 3-233.2.8  模拟飞行模拟飞行也可以称作“飞行模拟”，是指通过计算机软件及外部硬件设备来对真实世界飞行中所遇到的各种元素，例如空气动力、气象、地理环境、飞行操控系统、飞行电子系统、地面飞行引导等，综合地在计算机中进行仿真模拟，并通过外部硬件设备进行飞行仿真操控。简而言之，是在不确定无人机的续航时间能否完成任务，或者想进一步确认无人机在绕过障碍物的同时能够保持最短航线，防止偏离航线时，可以预先进行模拟飞行，这样可以提前考虑各种因素，防止坠机的发生。 132 无人机大揭秘目前，模拟飞行主要通过计算机模拟飞行软件实现。“微软模拟飞行”是一款非常专业的飞行模拟软件，要求操纵者具备基础飞行原理的相关知识，其内置机型也很丰富，只不过此软件要求计算机配置比较高（如图3-24 所示）。在安装好模拟飞行软件之后，还需要了解一些模拟飞行的技巧。图 3-24刚开始使用时，一般选择第一视角和客机模型，让新手易于找到飞行的感觉。当有了一定的飞行认知后，就可以尝试一般视角和灵活的机型了。在大量的模拟器训练过程中，还要掌握如下诀窍：※ 始终能看见地面景物。易于判断飞机姿态及方位，同时根据地标选择降落航线的拐弯点和跑道延长线。※ 模拟入门练习时间。约 5~20h，新手至少应练习 500~1000次降落，直到非常熟练。※ 降落技巧。下降的同时略有速度，离地半米时略拉水平舵，让 106 无人机大揭秘不论是普通的飞机还是无人机，所有的制造商都在竭尽全力地减轻飞行器的重量，同时希望在推进力尽可能小的情况下获得最大的升力与最小的正面阻力。不过，无人机主要分固定翼和旋转翼两大类，它们的飞行原理不尽相同。接下来便分别对这两种类型的无人机的飞行原理进行表述。3.1.1  固定翼无人机的飞行原理在航空界有一句很有名的调侃：“只要推力大，即使是一块砖都能飞上天！”这句话虽然有些夸张，但并非不切实际，因为只要给予螺旋桨强大的马力，任何笨拙的机翼也能强拉飞起来。固定翼无人机便是在这个基础之上获得了足够的推动力，像以色列城市航空公司的子公司—战术机器人公司研制的“空中骡子”垂直起降无人机，如图3-2 所示，便采用了透博梅卡公司的“阿里埃尔”1D1 涡轮轴发动机（730马力），将重达 1 吨多的机体成功带上了蓝天。图 3-2固定翼无人机需要靠螺旋桨或者涡轮发动机产生的推力作为飞机向前飞行的动力，主要的升力则需要调整机体的形状（最大限度地发挥 133第 3 章 无人机是怎么飞起来的飞机抬起头三点同时接地，或后轮瞬间先接地，这也是实际降落的诀窍。※ 加风训练。在熟悉了起飞、降落和航线后就应该逐步在模拟器中增大风速，并改变风向为正侧、左侧、右侧各训练 100 次以上以适应各种风向。因为实际飞行中必然是在风里飞行的。※ 滑跑训练。滑跑是起飞、降落的前提，而飞机因为自身的误差及风向影响必然会发生滑跑中跑偏的问题，加上飞机惯性大，机轮对飞机的方向控制能力差。若按常规的方法一直打舵飞机必然转不过来或过量跑偏撞机，所以不要忽略飞机的滑跑训练（如图 3-25 所示）。图 3-253.2.9  飞行控制与实用载荷通过大量的模拟飞行之后，就可以尝试用自己的无人机进行试飞了，一般的无人机都会配有如图 3-26 所示的“盒子”形遥控器。作为新手，尤其要注意无人机的起降。接下来，我们就详细介绍一下如何控制无人机的起降。 134 无人机大揭秘图 3-261. 起飞过程起飞时，远离无人机，解锁飞控，缓慢推动油门等待无人机起飞，这就是起飞的操作步骤。其中推动油门一定要缓慢，即使已经推动一点距离，电动机还没有启动也要慢慢来。这样可以防止由于油门过大而无法控制飞行器。在无人机起飞后，不能保持油门不变，而是在无人机到达一定高度（一般离地面约 1m）开始降低油门，并不停地调整油门大小，使无人机在一定高度内徘徊。2. 降落过程降落时，同样需要注意操作顺序：降低油门，使无人机缓慢地接近地面，离地面约 5~10cm 处稍稍推动油门，降低下降速度；然后再次降低油门直至无人机触地（触地后不得推动油门）；油门降到最低，锁定飞控。相对于起飞来说，降落是一个更为复杂的过程，需要反复练习。在起飞和降落的操作中还需要注意保证无人机的稳定，无人机的摆动幅度不可过大，否则降落和起飞时，有打坏螺旋桨的可能。在熟练掌握无人机的起飞、降落之后，可以进行更高一级的操作。3. 上升过程无人机的上升是通过螺旋桨转速增加来实现的。主要的操作杆是 135第 3 章 无人机是怎么飞起来的油门操作杆，练习上升操作时，缓缓推动油门，此时无人机会慢慢上升，油门推动越多（不要把油门推动到最高或接近最高），上升速度越大。在达到一定高度时或者上升速度达到自己可操控限度时停止推动油门，这时，会发现无人机依然在上升。若想停止上升，必须降低油门（同时注意，不要降低得太猛，保持匀速即可）直至无人机停止上升。然而这时会发现无人机开始下降，这时又需要推动油门让无人机保持高度，反复操作后飞行器即可稳定。4. 下降过程下降过程与上升正好相反。下降时，螺旋桨的转速会降低，无人机会因为缺乏升力开始降低高度。在开始练习下降操作前，确保无人机已经达到了足够的高度，在无人机已经稳定悬停时，开始缓慢下拉油门。注意，不能将油门拉得太低。在无人机有较为明显的下降时，停止下拉油门摇杆。同时，注意不要让无人机过于接近地面，在到达一定高度时开始推动油门迫使无人机下降速度减慢，直至无人机停止下降。5. 俯仰飞行俯冲操作时，无人机的头部会略微下降，机尾会抬起。对应螺旋桨的转速则是机头两个螺旋桨转速下降，机尾螺旋桨转速提高，随之螺旋桨提供的力就会与水平面有一定的夹角。这样一来，不仅可以给无人机提供抵消重力的升力，而且提供了前行的力。这时升力也会减小，所以无人机会降低高度，可以适当推动油门。操作俯冲的摇杆，只要往前推摇杆，无人机就会俯冲向前。同样，在俯冲前行时要注意，开始俯冲时要让无人机达到一定高度，对于新手，最好是离地一人以上的高度，并且确认无人机前行的“航线”上没有任何障碍物。6. 上仰飞行上仰练习与俯冲操作类似，只不过需要将摇杆从中间位置向后拉动。在拉动过程中，无人机尾部两个螺旋桨会缓减转速，机头两个螺旋 136 无人机大揭秘桨会加快转速，然后会出现与俯冲操作类似的现象，只不过无人机会向后退行。所以在练习操作时需要确保无人机后退的线路上没有任何障碍物，包括操作者自己也不要站在无人机后面，以免发生意外。确保一切安全后就可以开始操作练习了，缓慢拉下摇杆，使无人机开始退行时停止拉动摇杆，这时无人机会继续退行，退行一段距离后，缓慢推动摇杆直到摇杆恢复到中间位置时停止推动，这时无人机就会停止退行，上仰练习完成。7. 偏航飞行左偏航练习是在无人机前行时，使无人机向左偏转的操作（类似于汽车转弯）。在进行偏航操作时，使用到的摇杆是油门摇杆，但是只有左、右方向的才是偏航操作。在左偏航时，摇杆轻轻向左摆动，当摆动以后，无人机的机头会开始偏向，其实无人机没有使用俯仰操作时，直接摇动偏航，无人机会原地旋转（类似于陀螺），转动方向与摇杆打的幅度有关系，摇杆偏离中心位置越大，转动的速度越快。右偏航练习同左偏航练习类似，只需要将摇杆向右打，同样也需要两种练习，即右转弯和旋转。在此提醒读者，右偏航和左偏航练习交替进行更好。8. 悬停悬停是一项比较基本但较为复杂的操作。悬停操作需要达到的要求是：保持无人机高度不变，保持飞行不会出现前移、后退，保持无人机不会左右摇摆。9. 直线飞行直线飞行是一个相对简单的操作，理论上来说，只需要推动方向杆即可，但是实际情况不会这么简单。同样由于飞控传感器和算法的问题，有时候是有风的缘故，无人机不会完全按照发射机的操作来完成动作。所以这时需要调整发射机的操作，保证无人机沿直线飞行，不过需要注意，在俯仰摇杆推动或下拉的幅度过大时，无人机就有下降的趋势， 137第 3 章 无人机是怎么飞起来的甚至在幅度过大时直接冲向地面，所以在进行操作时需要注意安全。10. 曲线飞行曲线飞行就是让无人机沿着一条曲线飞行，可以是 Z 字形或 S 字形。这样的飞行方式不单单是为了好玩，而是为了锻炼操作者自由操控无人机的方式，类似于“违反常识”的感觉，所以需要反复练习操作方式并感受无人机的飞行规律。曲线飞行操作，肯定有别于直线飞行，当然也比直线飞行要复杂得多。首先，明确飞行路线，确保飞行路线上没有任何障碍物或人；然后在无人机起飞后，就开始沿着曲线路径飞行，飞行时，需要用油门摇杆控制无人机的朝向，使用方向摇杆让无人机开始前进飞行，这样的运动组合就是曲线飞行。除了掌握这些基本的飞行控制技术外，还需要牢记一些注意事项。在操作无人机飞行前，应对无人机的各个部件做相应的检查，无人机的任何一个小问题都有可能导致在飞行过程中出现事故或损坏。例如，安装电池前应先检查机械部分相关零部件的外观，重点检查螺旋桨是否完好；检查电动机安装是否紧固、有无松动等现象；检查机架是否牢固，螺丝有无松动现象；检查电池有无破损、鼓包胀气、漏液等现象；检查遥控器设置是否正确；遥控器电池电量是否充足；各挡位是否处在相应位置；各摇杆微调是否为 0 以及安装电池前油门是否处于最低位置等。其次，在飞行过程中，“飞手”应时刻清楚飞行器的姿态、飞行时间、飞行器位置等重要信息，以确保飞行器和人员保持安全距离；确保飞行器有足够的电量能够安全返航；若进行超视距飞行，应密切监视地面站中显示的飞行器姿态、高度、速度、电池电压、GPS 卫星数量等重要信息。脑电波也能控制无人机想象一下，如果有一天你能够不用双手，仅凭自己的意念操控无人机，是不是很神奇呢？令人期待的是，这件事正在发生着。 138 无人机大揭秘2015 年初，葡萄牙无人机厂商 Tekever 主导的一个项目 Project Brainflight，使用高性能的脑电波系统去测量大脑的某些部分，随后通过特定的感知算法将大脑信号转换为无人机指令（如图 3-27 所示）。实际上，无人机操作者需要佩戴专门的设备以测量大脑的活动，而他们只需简单地思考即可完成操控。不过，操作者需要接受几个月的培训，才能熟悉这个系统，从而使用思想去控制计算机屏幕上的一个圆环上下运动，进而控制无人机的方向。图 3-27该技术的出发点是为了帮助残障人士去控制飞行器，不过，该公司还有着更长远的目标，例如取代货运飞机和客机的飞行员。并且在未来，如果这一系统作为一种飞行器控制方式被接受，那么将会改变整个飞行世界。当然，也有人对这个系统表示怀疑，例如航空业咨询师约翰·斯特里克兰就认为目前的科技水平还远远不能控制真正的大型飞机，所谓的脑电波只不过是商家的宣传广告而已。11. 实用载荷对于军用无人机而言，现在最主要的使用领域是侦察和监测，无论搭载的是光电还是红外设备，这类电子吊舱重量通常都在数千克以上。这样强大的挂载能力，是消费级无人机难以望其项背的。所以，消费级无人机的载荷必须走“小而精”的路线。 139第 3 章 无人机是怎么飞起来的12. 航拍相机目前，消费级无人机的主要功能在于航拍，而相机的好坏直接决定了拍摄图片和视频的质量，因此航拍无人机所配备的相机是我们首先应该关心的。当前主流的是采用可更换式云台，可以用厂家自己推出的航拍相机，或用第三方的如 GoProHero4（如图3-28 所示）等画质较为出色的运动相机，也可以挂载其他价格低廉的摄像头满足初步拍摄需求。可更换式云台的优点是通过更换更好的相机，可以尽可能地满足拍摄者的画质需求，后续升级的空间大；不过云台 + 相机的价格较高，而且重量较大，会影响飞行的时间。图 3-28随着遥控设备和云台一体化程度的增加，越来越多的无人机也采用了不可更换的航拍相机，与一体化遥控器等设备深度定制。这些相机使用方便，无须调试，适合新手使用。重量较轻，体积较小，有利于增加飞行时间。不过，中低端机型所集成的相机画质一般，通常只能采用厂家提供的数字图传，中低端机型的延迟较严重。13. 航拍云台云台是连接相机和无人机机身的关键部件。在无人机飞行时，由于螺旋桨的高速转动，难免会产生高频振动，同时无人机的快速移动也 140 无人机大揭秘会使相机也随之运动，如果没有一定的补偿和增稳措施，那么无人机拍摄出的画面将难以流畅、平滑，因此云台在无人机航拍过程中也起到了重要作用。固定式航拍指的是相机直接连接到无人机机体上，拍摄角度固定或是有一定的俯仰角，通常采用减震球来隔离无人机飞行时的高频振动，对于飞行姿态的变化无法进行补偿。不过，通常摄像头画质较差，且无法更换，没有运动补偿导致视频拍摄效果不佳。带两轴云台，通常可以实现俯仰和滚转两个方向的自动补偿，无人机在水平方向转向时没有补偿，需要“飞手”控制转向的转速，才能避免转向过快带来视频不连贯的问题。但是，在无人机运动剧烈时，视频拍摄的平滑性下降，由于云台电动机耗电，导致续航时间缩短（如图3-29 所示）。图 3-29带三轴云台是拍摄视频的首选方案，具备俯仰、滚转和转向三个 141第 3 章 无人机是怎么飞起来的方向的自动补偿，保证无人机在进行运动时也能拍出流畅的视频。当然云台的补偿都是有一定范围的，如果无人机运动过于剧烈，云台增稳的效果也要打折扣，但有云台的效果还是会远远好于无云台的。所有专业航拍无人机都采用了三轴云台搭载摄影器材。虽然拍摄视频效果好，但价格较贵，而且由于云台电动机耗电，还会导致续航时间缩短（如图3-30 所示）。图 3-30航拍云台的发展与几年前相比，现在玩无人飞行器的人越来越多。在过去，大多数以航模飞机爱好者为主，而随着电池和遥控技术的发展、航拍应用的普及，不知不觉中，无人机从鲜为人知变成了如今大众所认同的潮流玩物，这与航拍云台技术的发展密不可分，今天我们就回顾一下，云台在这几年里都有哪些变化？实际上，云台是摄像工作中经常用到的，是安装、固定摄像机的支撑设备。它不对图像进行直接接收，而是控制摄像机或其他设备的方向转动。目前的云台大致可分为固定式航拍云台和电动可调节云台两种。 142 无人机大揭秘（1）固定式航拍云台固定式航拍云台适用于监视范围不大的情况，在固定云台上安装好摄像机后可调整摄像机的水平和俯仰角度，达到最好的工作姿态后只要锁定调整机构即可。广义上的航拍，被定义为所有在天空中拍摄的照片和视频，早在第二次世界大战期间就出现了，当时德国的光学厂商研制高素质的镜头，用于在飞机上拍摄地面的地形、军情等信息。在 2012 年以前，一般应用在军事领域的较多。在一般的军用固定翼无人飞机上所采用的拍摄云台，大多数是固定式航拍云台，垂直面向地面拍摄，没有运动补偿等稳定画面的装置，而先进的军事侦察用的无人机中，加入了球形监视器摄像头，能够 360°调整角度。其优点是能够保持机身气流的流畅性，全方位拍摄影像；缺点是画面清晰度较差，并且调整角度不太灵便。在 2012 年前后，娱乐无人机刚面世时，无人机所采用的航拍云台普遍都是固定式云台，将相机与飞行器固定在一起，运用调整飞机的角度，调整航拍时的视角。固定式云台的优点是能够减少成本、减轻重量、省电，从而提高飞行时间；其缺点也非常明显，就是航拍画质较差、无法改变视角。（2）电动可调节云台电动可调节云台适用于对大范围进行扫描监视，它可以扩大摄像机的监视范围。电动云台的姿态是由两台执行电动机来实现的，电动机接受来自控制器的信号，精确地运行定位。在控制信号的作用下，云台上的摄像机既可自动扫描监视区域，也可以在监控中心值班人员的操纵下跟踪监视对象。云台根据其回转的特点可分为只能左右旋转的水平旋转云台和既能左右旋转又能上下旋转的全方位云台。在无人机应用上， 107第 3 章 无人机是怎么飞起来的升力，最小限度地抑制阻力），使机翼与空气产生相对运动，凭借空气经过机翼表面来形成足够的上升气流。这一点和一般的飞机类似，因此起飞过程也与普通飞机无异，如图3-3 所示。图 3-3飞机在前进的时候，机翼上面的气流比机翼下面的低，也就是说，飞行中的飞机就是在空气中插进去的异物，促使气流把飞机往上推挤。升力大小因为各种因素而被决定。第一个要素是机翼的面积，被气流吹打的面积越大，产生的升力越大；第二个要素是速度，流经机翼的空气越快，上下的压力差也就越大；第三个要素是冲角，也就是说，机翼的倾斜度在一定界线内，使机翼上面的气流通路变长，速度便增加，与机翼下的流速差增加，升力也就变大，因此冲角越大升力也越大（如图3-4 所示）。图 3-4 143第 3 章 无人机是怎么飞起来的电动云台又可以细分为三轴和两轴的。三轴稳定航拍云台是微型陀螺仪技术成熟后才诞生的，在过去，用来测量是否水平的陀螺仪都较为庞大，但随着科技的进步，陀螺仪被应用到航拍云台上，使航拍无人机在前进、后退时，由于飞机姿态的变化所产生的影像变化得以弥补。三轴稳定航拍云台是现在主流航拍无人机所采用的航拍防抖云台，其优点是对航拍时的画面有全方位的稳定性，保证画面清晰；而缺点是工程造价较高，由于需要电动机控制所以比较耗电，降低了航拍的续航时间。两轴稳定航拍云台其实是三轴稳定航拍云台的缩减版，被市场上一些定位为低端产品的无人机所大量采用，其原因是两轴稳定器能够降低成本，省去了垂直方向上的稳定补偿，对节电方面也会有所帮助。大多数航拍用的无人机都是轴对称的结构，而轴对称结构在垂直方向上的晃动都不是太厉害。有些无人机的脚架有天线的作用，在飞行中，不能收起脚架，而航拍相机的水平转动会在航拍过程中碰到脚架，在实际使用中并不方便。此类型航拍云台的优点是价格便宜、拍摄效果还可以接受；而缺点也是耗电影响续航时间，同时在无人机剧烈运动的时候，视频拍摄不能平滑过渡。其实手持云台的核心是三轴陀螺仪和三轴加速度传感器，实质上和无人机上搭载的三轴稳定航拍云台一样。手持云台把原本只有专业人士才能办到的事情，通过简单的电子稳定系统，让所有人都可以简单地拍出非常细致且完美的视频画面。手持云台能够实时获取数据计算出的倾斜角，然后把数据通过 PID 算法得出应该给电动机多少控制量。简单来说，拍摄者往左倾了，就让电动机往右校正；往右倾了，让电动机往左校正；往前倾了，让电动机往后校正；往后倾了，让电动机往前校 144 无人机大揭秘正。通过这种相互抵消来实现拍摄画面的稳定，别说是坐在汽车上拍摄，哪怕是坐在马车上都一样稳稳的。在手持云台出现前，已经有专门用于稳定摄像机的设备—斯坦尼康了，那么斯坦尼康和手持云台的区别在哪里呢？手持三轴云台和斯坦尼康最大区别是适应性和使用方式上。手持三轴云台承重有限，充其量也就是架设单反相机之类的拍摄设备，可单手也可双手握持，3min 就能学会使用。采用了从无人机航拍云台上移植下来的电控系统，精度更高，稳定效果更好，相对于大型斯坦尼康要轻便得多，且方便携带，单人就能操作。斯坦尼康现在有很多类型，从单手握持到专业领域使用的带承重背心的大型斯坦尼康，对使用者的要求很高。作为一种高度人机结合的机械装置，其发挥空间更多的还是在人的表现，不像手持三轴云台那样，只需关注画面和焦点就可以了。想要自如运用需要很多练习，上手有难度。未来的发展如下：现在无人机航拍云台的耗电问题是影响无人机飞行的一大因素，虽然可以在提升电能使用方面努力，但减少耗电量也很重要，而在稳定云台的电动机耗电上，经实际测试，在其他因素相同的情况下，在不安装航拍云台下，飞行时间能够达到 26min，而安装了航拍云台后，飞行时间下降至 18min，安装了云台后减少了 30% 的续航时间。因此改进云台的耗电，尽量减少云台对电池的消耗，将省下来的电优先供给无人机续航，是厂商首先需要考虑的。在未来，航拍无人机与 VR 技术结合是发展的潮流，但同时，高清晰度的全景视频和照片都会带来大量数据需要处理，仅仅 1080P 清晰度的视频，短短几秒钟也会有几百 MB 以上，4K 视频更是天文数字。 145第 3 章 无人机是怎么飞起来的3.2.10  分析飞行参数飞行参数记录系统（flightparameterrecordingsystem）是一般飞机上自动记录飞行数据的设备，又称“飞行数据记录器”或“飞行参数记录仪”。由传感器、数据采集装置和记录装置组成，分为事故型和维护型两类。1. 事故型飞行参数记录仪事故型飞行参数记录仪，俗称“黑匣子”（如图3-31 所示）。在结构上采用抗坠毁设计，能耐火烧、耐撞击、耐腐蚀等。为了便于人们在飞机失事后寻找，黑盒子外表漆成橙色并带有反光条，盒内装有信标机，当黑盒子坠入水中后能在一定时间内自动发送无线电信号。黑盒子一般安装在飞机上不易摔毁的部位，如垂直尾翼上。民航客机上还装备一种带有防护壳体的记录人员话音和舱内音响的舱音记录器。维护型飞行参数记录系统与事故型的区别在于前者不具备抗坠毁能力。图 3-31飞行参数记录系统记录的飞行数据有多种用途。首先是调查与分析飞行事故。根据飞行参数记录系统记录的飞机状态、位置参数、飞机姿态参数、发动机状态参数、飞行操纵参数、飞机操纵面的偏转角等信息，分析飞行事故的原因；其次是可利用飞行数据建立单机或多机飞行 146 无人机大揭秘档案，为制定维修计划提供参考依据；最后是利用飞行参数记录系统记录的飞行数据，评估飞行员完成飞行课目的质量。2. 维护型飞行数据记录器维护型飞行数据记录器是飞机上记录飞行信息的储存和读出装置。根据不同的记录方式和用途，在飞机上装备不同类型的记录器，如记录飞行参数记录器、记录飞机座舱音响记录器、供飞行试验用的机载模拟光学记录器、机载磁带记录器等。通常情况下，记录器所记录的信息主要用来分析飞机及机载设备在空中的实际工作过程，评估飞机、发动机及机载设备的工作性能，为进一步完善飞机及机载设备的设计和制造提供科学依据。对于无人机而言，机上传感器的测量记录都存储在机内数码卡片上，用户通过 APP 可以看到这些数据（如图3-32 所示）。分析飞行数据在无人机的整个使用寿命期间都大有裨益。例如在拍照时，将照片的数码数据与飞机各轴线上的海拔相关联，可以用来校正环幕照片，也可以通过无人机上的全球卫星定位系统把照片作为地理参照；另外，分析飞行参数对查明某次行动的错误、坠机等问题也十分有用。不过，对普通消费者来说，分析飞行参数是一项较为专业的工作，更多情况下需要求助于无人机生产厂家的技术人员。图 3-32 147第 3 章 无人机是怎么飞起来的3.3  天气对飞行的影响也许你经常会听到“由于天气原因，航班取消”这句话，事实上，在目前延误的航班之中，天气占据了很大的份额。影响飞行的气象包括风、云、雨、雪、霜、露、闪电等。其中，风对飞行的影响最大，其次是温度、气流和湿度。3.3.1  风无论是飞机的起飞、着陆，还是在空中飞行，都受气象条件的影响和制约。其中，风对其造成的影响尤为突出。一般而言，风的种类主要有顺风、逆风、侧风、大风、阵风、风切变、下沉气流、上升气流和湍流等，在这里主要介绍顺风、逆风、侧风和风切变对飞机的影响（如图3-33 所示）。图 3-33 148 无人机大揭秘1. 顺风顺风是指运动方向与飞机起飞方向一致的风。在这种情况下起飞是最危险的，因为无人机的方向控制只能靠方向舵完成，而方向舵上没有风就无法正确控制方向，容易造成飞行事故。飞机的垂直尾翼在逆风情况下有利于对飞机的方向控制，而顺风则不利于对飞机的方向控制。顺风还会增加飞机在地面的滑跑速度和降低飞机离地后的上升角，而且速度增加值大于顺风对飞机空速的增加值。2. 逆风逆风是指运动方向与飞机起飞方向相反的风。这种情况下起飞是最安全的，因为飞机的方向控制只能靠方向舵完成，而方向舵上有风就容易控制方向，容易保障起飞的稳定和安全。逆风可以缩短飞机滑跑距离、降低滑跑速度和增加上升角，这样就不容易使飞机冲出跑道。如果在起飞时，风力突然变化，对飞机的预定航线同样也会有影响（如图3-34所示）。图 3-343. 侧风侧风是指运动方向与飞机起飞方向垂直的风。在发生的与风有关的飞行事故中，近半数飞行事故是侧风造成的。在侧风情况下，要不断调整飞行姿态和飞行方向，而且尽量向逆风方向调整，即在起飞阶段， 149第 3 章 无人机是怎么飞起来的飞机离开地面后，向逆风方向转弯飞行。4. 风切变风切变（如图3-35 所示）是一种大气现象，指在短距离内风向、风速发生明显突变的状况。低空风切变对飞机的起飞和降落有严重的威胁。强烈的风切变瞬间可以使飞机过早离地或者被迫复飞。在一定条件下还可导致飞机失速或难以操纵，甚至飞行事故。风切变的特征是诱因复杂、来得突然、时间短、范围小、强度大、变幻莫测。风切变的多少要看机场的地理位置。由于雷暴可以引起风切变，因此地理位置的纬度比较低，即接近热带的地方，出现雷暴的机会比较多，容易引发风切变。但风切变不仅仅源于雷暴，复杂的地形也可以带来风切变，例如机场的周围有山环绕，强风受山峦与谷地的地形作用，风切变的现象明显。此外，海风也易引起风切变。图 3-35风切变对一般飞机飞行的影响有：顺风风切变会使空速减小；逆风风切变会使空速增加；侧风风切变会使飞机产生侧滑和倾斜；垂直风切变会使飞机迎角变化。总体来说，风切变会使飞机的升力、阻力、过载和飞行轨迹、飞行姿态发生变化。 150 无人机大揭秘那么，在真实环境下，风力对无人机又有哪些影响呢？首先是续航。外部风力较大时，动力系统需要消耗更多能量来完成定点，并尽量抵消姿态变形，续航时间会缩水，从而必然影响飞行距离；其次是飞行速度，机体动能会高于或低于产品标称的性能；再次是云台稳定度变差，甚至导致录像和照片报废；最后是定点困难和航向干扰，需要“飞手”更细腻和精准地操控。曾有报道称无人机在进行航拍时被风吹走，造成了很大的损失。所以，无人机的抗风能力也是目前消费级无人机的重要性能。一般而言，多旋翼无人机的抗风能力普遍在 3~4 级。当然，现在无人机厂家也在不断提升无人机的抗风能力。能抗 8 级大风的超级无人机2016 年 10 月的云栖大会上，一架四旋翼无人机 AEE F600 颇为引人注意，如图 3-36 所示。除了它高达 300 多万元的天价令人咋舌之外，它空载重量达到 7kg，高清视频实时传输距离可达 10~20km，可以在7000m 海拔、3000m 高度以及暴雨中飞行，续航时间可达 60min，并且能抗 8 级大风的性能也刷新了人们对旋翼无人机的认知。图 3-36 151第 3 章 无人机是怎么飞起来的这样一架无人机来自中国的一电科技（AEE），其也是历经磨炼之后才诞生的。2007 年，AEE 正式启动无人机项目。这时，国外虽然已有个别企业制造多旋翼无人机，但整个行业还处在探索阶段。就连现在红遍大江南北的“大疆”，在那时也还很少有人知晓。在 AEE 第一代产品 F100 诞生后，先后去过南海海域、漠河极寒地带、罗布泊沙漠、西藏以及康定高原进行实地测试验证，测试高温、暴风、暴雨、暴雪、沙尘暴等各种环境下的产品表现，耗费大量时间和人力物力，就是为了精益求精。至 2017 年，AEE 无人机已占据中国警用多旋翼无人机 90% 的份额，几乎所有省份的公安系统都使用了 AEE 的警用无人机，其全球首创的运动摄像机也在全球市场份额中排名第二。不过，我们一般用于航拍的无人机，对风还是十分敏感的。不过如果一定要在有风的天气飞行，在掌握了一些技巧之后，也是能够将损害降到最低的。有风的天气，要怎样才能更安全地飞行呢？这时需要关注静态悬停下的姿态值以及动态巡航时姿态值和速度两个指标，同时需根据机型在特定飞行模式下的性能，用无风天气姿态角与平飞速度的比例关系，估算风力。以“精灵 2”无人机为例，当起飞达到 11m 高度后发现，飞行器需要以姿态值 P-8 才能基本悬停定点时，代表机头迎风已达 3 级以上。随着飞行高度的增加，风力还有持续增大的可能。由于地形不同，因此风的形成也不同，太阳辐射山顶受热快，白天山风上升，夜间山风向下。从地球表面到 100m 高空层内，空气的流动受到涡流、黏性和地面摩擦等因素的影响，靠近地面风速较小，离地面越高则风速越大。这时如有硬性作业需要，就需合理控制飞行高度、范围，并缩短作业时间。例如，爬升到作业高度 40m 后，可通过巡航感知姿态值和速度关系。若姿态值为 P-12，速度为 3~5m/s，则作业高度风力大于 4 级，飞行范围和时间还要进一步缩短。通过降低高度， 152 无人机大揭秘在一定程度上会缓解姿态开销。一般经验是，如估算风力大于 4 级，不建议飞行，这样容易失控，而且返航时更容易耗尽电力而丢机。3.3.2  上升气流与下降气流飞机遇到气流，就像汽车行驶在崎岖不平的道路上一样，会产生振颤、上下抛掷、左右摇晃、操纵困难、仪表不准等现象。轻度颠簸强烈时，飞行员全力操纵飞机，仍会暂时失去操纵，当颠簸特别严重时所产生的较大过载因素（称“过载”）会造成飞机解体，严重危及飞机飞行安全（如图3-37 所示）。如 1958 年 10 月 17 日，一架图 104 客机在莫斯科附近 9000m 高空突然遇到湍流造成强烈颠簸，使机翼折断而失事。图 3-37对于无人机也是一样，在遭遇气流时，也会发生上下颠簸的现象。如果没有注意到气流，稍有不慎无人机就会损毁甚至丢失，就连有 7 年航拍经验的“牛人”也会遭遇到这样的突发状况，所以拍摄一定要了解当地环境，有时候不能一味地为了视频画面而去冒风险。民用无人机需要进行风洞测试吗？可能对于很多人来说，并不知道什么是风洞测试。从流体力学方 108 无人机大揭秘随着升力的作用与飞机的前进便产生了所谓的阻力，阻力主要有三种，即摩擦力、形状阻力和诱导阻力，前两种是因为飞机通过空气发生的，可以凭借航空科学的进步和机体流线型的调整而减小，我们可以想象一个方盒子跟一个圆球在空气中前进的阻力差别（如图3-5 所示）。诱导阻力则是机翼所产生的升力的副产物，可以说这是发生升力必然引起的代价。因为升力是由于气压差所产生，但是同时也发生吹下或伴流之类的情况，这主要是在翼的尖端引起的，随着飞机的前进，机翼尖端便会产生螺旋状的气尾，将飞机向后拉，这就是所谓的诱导阻力。图 3-5传统中小型固定翼无人机由于机身尺寸和载重能力的限制，一般不具备搭载过大动力系统的能力，因此需要借助外力起飞，也就是手掷起飞和弹射起飞，这部分知识将在 3.1.3 节中介绍。3.1.2  旋翼无人机的飞行原理旋转翼无人机的飞行原理与直升机有些类似，如图3-6 所示。直升机旋翼的旋转是动力系统提供的，而旋翼旋转会产生向上的升力和空气给旋翼的反作用力矩，在设计中需要提供平衡旋翼反作用扭矩的方法。所以，旋翼无人机需要由动力系统提供旋翼的旋转动力，同时旋翼旋转产生的扭矩需要进行抵消。一般的四旋翼无人机都选择类似双旋翼 153第 3 章 无人机是怎么飞起来的面讲，风洞试验指在风洞中安置飞行器或其他物体模型，研究气体流动及其与模型的相互作用，以了解实际飞行器或其他物体的空气动力学特性的一种空气动力试验方法。简单来讲，就是依据运动的相对性原理，将飞行器的模型或实物固定在地面人工环境中，人为制造气流流过，以此模拟空中各种复杂的飞行状态，获取试验数据（如图 3-38 所示）。图 3-38所谓“风洞”并不是一个洞，而是一个大型隧道或管道，中间有巨型电扇，可产生强劲的力流，经格栅等装置整理减少涡流后送入试验段。最大风速在 100m/s 以下的风洞，称为“低速风洞”，再高一级就是高速风洞到高超声速风洞。目前，飞船、火箭、导弹，无一不是在风洞中完成试验的，然后才能翱翔九天，而无人机的研发和生产也越来越面向大众，那么它到底需不需要进行风洞测试呢？ 在支持派看来，所有无人机必须进行风洞试验。一架无人机的设计流程与有人机差不多，需要考虑翼型设计、发动机选择，需要吹风洞、出厂试飞，也需要进行国家级验收审定。有了风洞的检测才能让无人机的创新与技术，在科学的验证之下 154 无人机大揭秘向着前进的方向发展，更何况还能保证其安全性与稳定性，防止意外的发生。反对派则认为，民用无人机做风洞测试意义不大。因为民用无人机一般都体积小，操作简单，完全可以进行实飞测验，在不同海拔、不同气压、不同湿度等条件下来验证。而且，民用无人机做风洞测试等于浪费钱。做一次风洞试验确实造价昂贵，说它是顶级烧钱的土豪试验也不为过。在风洞里，“吹风”一秒就是一欧元，真可谓是世界上最贵的风了。因此，民用无人机只需要做数字模拟风洞试验就可以了。专家争论都有自己的观点和理由，那么我们该怎么办呢？不如放眼看看外国人是如何应对的。无人机发烧友都知道，千万不要在高楼密集的城区飞行，原因是高楼林立的地方往往会有地面难以感知的复杂气流，在这些气流的影响下，无人机很容易被吹翻，引发重大安全事故。然而，城市中非常常见的鸟类却能够免受乱流影响，在高楼间自在飞翔，这是为什么呢？斯坦福大学的无人机发烧友也想弄明白这个问题，于是他们开发了一个专为身材娇小的鸟类设计的风洞。与汽车厂商身形庞大的风洞不一样，斯坦福大学开发的这个风洞非常迷你（如图 3-39所示），但它也足以输出非常流畅、平稳的风。因此，我们也可以把大型飞机（或导弹）的风洞按照一定的比例缩小，这样就可以节约成本了。 图 3-39 155第 3 章 无人机是怎么飞起来的3.3.3  多云及雨雪天气除了气流的运动会对飞行产生影响外，一些常见的天气现象也值得引起无人机操作人员的重视。1. 云云是在飞行中经常碰到的、常会给飞行活动带来影响的一种气象条件。主要是云底很低的云影响飞机起飞和降落；云中的过冷水滴使飞机积冰；云中湍流造成飞机颠簸，云中明暗不均容易使飞行员产生错觉；云中的雷电会损坏飞机等。各种云中对飞行影响最大是低碎云，低碎云出现时，云高常常小于 300m，有的仅几十米，而且云量多，形成极为迅速，云下能见度也很差，对飞机降落造成严重威胁。1986 年 1 月 29日美国一架 CD-3 飞机，在某机场下降准备着陆时，因低碎云影响视程，看不见跑道，在落地时没有成功、复飞时撞在高地上。对于无人机而言，低云主要影响飞机着陆。在低云遮蔽的情况下着陆，经常会遇到飞机出云后离地面高度很低，如果这时飞机航向又未对准跑道，往往来不及修正，容易造成复飞。有时，由于指挥或操作不当，还可能造成飞机与地面障碍物相撞，造成飞机失速的事故。至于下雨天，最好不要进行航拍。因为目前的消费级无人机的防水性能还远远不够，一旦无人机进水，则很可能损毁无人机。2. 结冰飞机在含有过冷却水滴的云或雨中飞行时，如果飞机机体的表面温度低于 0℃，过冷却水滴撞在机体上就会立即冻结累积起来，这种现象叫“飞机结冰”。在飞行中一旦发生结冰，飞机的空气动力性能就会变差；流线型也受到破坏，使正面阻力增大，升力和推力减少，且结冰使翼状变形，破坏气流的平滑性，爬高速度、升降速度和飞行速度降低，飞行阻力增大，燃料消耗增加，并使导航仪和无线电通信设备失灵，严 156 无人机大揭秘重危及飞行安全。如果结冰较厚，还可改变飞机重心位置，影响稳定性，使操纵困难。3. 雾霾雾霾严重影响无人机操作员的可视距离（如图3-40 所示），而能见度与飞行活动关系密切，它是判断气象条件简单还是复杂的依据之一，也是决定机场是否开放，飞机着陆起飞是用目视飞行规则还是用仪表飞行规则的依据之一。恶劣的能见度是航空的障碍，严重威胁飞机起飞、着陆的安全，也会给目视飞行造成困难。尽管现代机场和飞机装有先进的导航、着陆设备，但能见度对飞行的影响仍不能低估。在着陆的最重要阶段—判断高度后到接地，飞行员仍需要目视操纵，还不能做到“盲目”着陆。雨、云、雾、沙尘暴、浮尘、烟幕和霾等都能使能见度降低，影响航空安全。地面能见度不佳，易产生偏航和迷航，降落时影响安全着陆，处理不当，也会危及飞行安全。图 3-404. 雷暴雷暴是指伴有雷击和闪电的局地对流性天气，是夏季影响飞行的主要天气之一。闪电和强烈的雷暴电场能严重干扰中、短波无线电通信， 157第 3 章 无人机是怎么飞起来的甚至使通信联络暂时中断。当机场上空有雷暴时（如图3-41 所示），短时间的强降水、恶劣的能见度、急剧的风向变化和阵风，对飞行活动及地面设备都有很大的影响。雷暴产生的强降水、颠簸（包括上升、下降气流）、结冰、雷电、冰雹和飑，均会给飞行造成很大的困难，严重的会使飞机失去控制、损坏、马力减少，直接危及飞行安全。现代飞机使用了大量的电子设备，特别是控制飞行状态的计算机，一旦被雷电影响，将造成严重的破坏，直接影响飞机的正常航行。因此，雷暴区历来被视为“空中禁区”，禁止飞机穿越。只要有雷暴天气，飞机是不允许飞行的。图 3-415. 降雪降雪对飞机飞行的影响主要是体现在几个方面：其一，大雪天气里，能见度严重变低，影响飞行人员的视线；其二，由于强冷空气的到来，地表温度急剧下降，所降雨雪遇到低温，会在跑道上迅速结成冰层。飞机轮胎与冰层间摩擦力减小，降落或起飞的飞机在跑道上会产生不规则滑动，不易保持方向，极易冲出跑道发生危险；其三，大雪使飞机机身积冰或结冰，冰霜的聚积增加了飞机的重量。同时，积冰可能引起机翼流线型的改变、螺旋桨叶重量的不平衡，或者汽化器中进气管封闭、起落架收放困难、无线电天线失去作用、汽化器减少了进气量使飞机马力降低、油门冻结断绝了油料来源、驾驶舱窗门结冰封闭了驾驶员的视线等，这些都可能造成严重的飞行事故。 158 无人机大揭秘因此，大雪天气里，为了保障安全，空中交通管制部门会加大飞机之间的安全距离，控制航班起降，加长间隔时间。对于无人机而言，就更加需要注意了。在这些恶劣天气，一定不要去冒险。可应对恶劣天气的 3D 打印无人机3D 打印无人机已经司空见惯了，但是在我们的印象中这些无人机总是经不起折腾的，比较脆弱。现在，国外设计师罗杰·弗里曼向人们证明，3D 打印同样可以制造出性能优良、不怕风吹雨打的无人机—Freebird One。Freebird One 使用了结构封闭的转子，可以携带 20 磅重的有效载荷，可以在所有天气条件下飞行，而且由于其制造工艺是 3D 打印，因此很容易定制。Freebird Flight 公司称，当前的消费级或者商业级无人机绝大多数都安装着不受保护的螺旋桨，需要近乎完美的天气条件、飞行时间比较短，而且关键的电子系统冗余有限。这些限制导致无人机无法飞得太高、太远。“通过 Freebird One 的推出，我们希望能够推动整个行业提高产品的安全和性能标准”，弗里曼说。据悉，无论是视觉上还是功能上，Freebird One 最与众不同的是其机身设计—SurroundFrame。目前该公司正在为这个设计申请专利。SurroundFrame 是一个直径达 3 英尺（0.9144 米）的碳纤维机身，上面安装着结构封闭的螺旋桨叶片，如图 3-42 所示。它可以承受飞行中对一些意外对象（如墙壁或栅栏）的撞击，而不会造成损害。图 3-42 159第 3 章 无人机是怎么飞起来的除此之外，FreeBird One 还使用了一整套经过优化的电动机、控制器、飞行计算机和电池等，创造出了一个世界级的系统。通常，无人机的用户往往不得不在性能和飞行时间之间进行权衡。但是 FreeBird One 的用户却无须做出妥协，该无人机同时提供了业界领先的飞行时间和性能，而且其安全性也比其他竞争对手略高一筹。随着制作经验的增加，弗里曼的无人机从 Freebird One 版本一直升级到 Freebird X 版本，目的是要达到更轻、更防水以及可以负载更多的其他设备。整个无人机的部件只有电子产品和螺旋桨（最后弗里曼也成功打印了螺旋桨）是购买的，其他都是 3D 打印而成的。弗里曼设计的最终版本无人机不带电池时的重量只有 8 磅，可连续飞行 35min，最大水平飞行速度为 113km/h，最大垂直飞行速度为76.2m/min，最大负载可达 20 磅（约 9kg）。其另一大亮点在于，该无人机可以适应各种天气状况，包括雪、雨、大风（最大时速达 80km/h）等，如图 3-43 所示。弗里曼称仍会不断迭代，争取创造出功能更加强大，更加实用的 3D 打印无人机。图 3-43 109第 3 章 无人机是怎么飞起来的纵列式加横列式的直升机模型，两个旋翼旋转方向与另外两个旋翼旋转方向必须相反，以抵消陀螺效应和空机动力扭矩。图 3-6四旋翼无人机的旋翼对称分布在机体的前、后、左、右四个方向，4 个旋翼处于同一高度，且 4 个旋翼的结构和半径相同，4 个电动机对称地安装在飞行器的支架端，支架之间的空间安放飞行控制计算机和外部设备。四旋翼飞行器通过调节 4 个电动机的转速来改变旋翼转速，实现升力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。四旋翼飞行器是一种六自由度的垂直升降机，但只有 4 个输入力，同时却有 6 个状态输出，所以它又是一种欠驱动系统。如果电动机 1 的转速上升，电动机 3 的转速下降，电动机 2、电动机 4 的转速保持不变，由于旋翼 1 的升力上升，旋翼 3 的升力下降，产生的不平衡力矩使机身绕Y轴旋转，同理，当电动机 1 的转速下降，电动机 3 的转速上升，机身便绕Y轴向另一个方向旋转，实现飞行器的俯仰运动。与俯仰运动类似，改变电动机 2 和电动机 4 的转速，保持电动机 1 和电动机 3 的转速不变，则可使机身绕X轴旋转，实现飞行器的滚转运动（如图 3-7 所示）。 110 无人机大揭秘图 3-7无人机的偏航运动有些复杂。由于旋翼转动过程中会因空气阻力作用，形成与转动方向相反的反扭矩，为了克服反扭矩影响，可使 4 个旋翼中的两个正转，两个反转，且对角线上的各个旋翼转动方向相同。反扭矩的大小与旋翼转速有关，当 4 个电动机转速相同时，4 个旋翼产生的反扭矩相互平衡，四旋翼飞行器不发生转动；当 4 个电动机转速不完全相同时，不平衡的反扭矩会引起四旋翼飞行器转动。所以，当电动机1 和电动机 3 的转速上升，电动机 2 和电动机 4 的转速下降时，旋翼 1和旋翼 3 对机身的反扭矩大于旋翼 2 和旋翼 4 对机身的反扭矩，机身便在富余反扭矩的作用下绕Z轴转动，实现飞行器的偏航运动，如图3-8 所示。图 3-8 111第 3 章 无人机是怎么飞起来的要想实现无人机在水平面内前后、左右的运动，必须在水平面内对飞行器施加一定的力。增加电动机 3 转速，使拉力增大，相应减小电动机 1 转速，使拉力减小，同时保持其他两个电动机转速不变，反扭矩仍然要保持平衡。这样，飞行器首先发生一定程度的倾斜，从而使旋翼拉力产生水平分量，因此可以实现飞行器的前飞运动，向后飞行与向前飞行正好相反，如图 3-9 所示。图 3-93.1.3  无人机的起飞与降落方式无人机的起飞方式种类繁多。无人飞艇的起飞最简单，也最安全。由于飞艇是轻于空气的航空器，因此，只要启动发动机并放开系留索，飞艇便能升入空中。1. 无人机的起飞方式采用普通飞机外形的固定翼无人机的起飞方式主要有以下几种。空中投放由大型飞机（母机）携带到空中，在指定空域启动无人机的发动机，然后投放。 112 无人机大揭秘滑轨起飞无人机上装有滑橇，发动机启动并达到最大功率后，放开无人机，使之沿着有一定长度和一定倾斜角度的滑轨离陆，如图 3-10 所示。图 3-10弹射起飞将无人机装在发射架上，借助于助推火箭、高压气体、牵引索或橡筋绳等弹射装置，可实现较短距离（甚至零距离）弹射起飞。英国设计的“沙锥鸟”无人机等采用的就是此种升空方式。滑跑起飞在无人机上装有起落架，发动机启动后，由地面操纵员通过遥控设备或由机上的程序控制设备自动操纵无人机在跑道上滑跑，达到一定速度后，无人机便能离地升空。以色列研制的“先锋”“猛犬”“侦察兵”等无人机采用的就是这种起飞方式。借助起飞车滑跑起飞无人机装在起飞车上，发动机启动后，无人机通过推力锁驱动起飞车向前滑行，当达到起飞速度时，锁定机构自动解锁，无人机离开起