多旋翼无人机的扭矩与反扭矩

多旋翼无人机在空中飞行的升力，由多个旋翼与空气进行相对运动的反相作用获得，它的动力强劲，冗余度高。飞行中如果多旋翼某一个机臂突然动力失效，飞控会通过调整对称机臂电机转速来保持无人机整体不失衡，最大幅度保证飞机处于稳定状态，此功能在六旋翼以上无人机上有效。

机臂采用8°上倾和3°侧倾设计，可使飞行器在操纵上更加平稳、灵活。机臂命名规则是：正桨，俯视逆时针旋转（CCW）；反桨，俯视顺时针旋转（CW）。

扭矩是使物体发生转动的一种特殊的力矩，多旋翼无人机是由电机的旋转，使螺旋桨转动而产生升力的。当电机给螺旋桨一个作用力，即扭矩，使之旋转的同时，由于自身的惯性，螺旋桨也会反过来向电机施加一个反作用力，即反扭矩，使电机向螺旋桨转动方向的反方向旋转。这是牛顿第三定律中作用力与反作用力原理的表现。

为了克服反扭矩，一种方法是用另一个小型旋翼，即尾桨，在机身尾部产生抵消反向运动的力，这种直升机称之为单旋翼直升机，是比较常见的一类；另一种方法是采用旋翼之间反向旋转的方法来互相抵消反扭矩的作用，例如双桨类的有人机和多旋翼无人机。

所有的多旋翼类型中，顺时针和逆时针旋转的螺旋桨数量总是相等的，这样就达到了扭矩的平衡。

以常见的X型四旋翼无人机为例，四个螺旋桨中，相邻的两个螺旋桨旋转方向是相反的。螺旋桨M1、M3逆时针旋转，螺旋桨M2、M4顺时针旋转。螺旋桨M1、M3产生顺时针的反作用力，使无人机有顺时针旋转的趋势；M2、M4产生逆时针的反作用力，使无人机有逆时针旋转的趋势。当飞行时，M1、M3产生的反扭矩和M2、M4产生的反扭矩大小相等方向相反，相互抵消，无人机机身保持稳定，才能够稳定飞行。

多旋翼无人机飞行控制

通过调节多个螺旋桨相对转速达到改变升力大小，进而控制飞行的。多旋翼飞行器有四个基本的运动：垂直起降、俯仰、横滚和偏航，各种复杂运动都是由这四个基本的运动组合而成的。

垂直起降：同时增加四个电机的转速，使总升力增大，当总升力大于机身重量时，多旋翼垂直上升；反之，同时减小四个电机的转速，多旋翼垂直下降。

俯仰：机头下降为俯，上抬为仰，俯仰动作给四旋翼无人机带来的结果是使无人机前进或后退。如上图，电机M3、M4加速，电机M1、M2减速，此时多旋翼后部两个螺旋桨升力增加，前部两个螺旋桨升力减小，产生的不平衡力矩使机头下俯，多旋翼向前飞行；同理，当电机M1、M2加速，电机M3、M4减速时，多旋翼机头上仰，多旋翼向后飞行。

横滚：与俯仰原理是一样的，只是转速改变的电机变了，与之相应的，横滚时多旋翼的运动方向也变成了向右或向左运动。如上图，电机M1、M4减速，电机M2、M3加速，多旋翼机身右倾，向右侧飞行；电机M1、M4加速，电机M2、M3减速，多旋翼机身左倾，向左侧飞行。

偏航：根据扭矩与反扭矩的原理，逆时针旋转的螺旋桨给多旋翼顺时针旋转的反扭矩，顺时针旋转的螺旋桨给多旋翼逆时针旋转的反扭矩。

当电机M2、M4加速，电机M1、M3减速时，机身受到的逆时针方向的反扭矩大于顺时针方向，多旋翼会在逆时针反扭矩的作用下逆时针旋转。反之，如果电机M1、M3加速，电机M2、M4减速，多旋翼会在顺时针反扭矩的作用下顺时针旋转。

悬停：当多旋翼水平稳定悬停时，忽略外界微量干扰，多旋翼的总升力等于其自身重力。当多旋翼机身两侧的螺旋桨升力不一致时，机身会向一侧倾斜。

多旋翼机身侧倾时，总升力的方向不再垂直向下，将其分解为垂直方向和水平方向的两个分力。垂直方向的分力对抗多旋翼自身重力，水平方向的分力向多旋翼施加水平方向的加速度，多旋翼因此能够向一个方向飞行。此时多旋翼若保持高度不变，总升力的垂直分量须等于自身重力，则总升力大小须大于稳定悬停时的总升力。带有定高功能的多旋翼能够在机身倾斜时自动增大油门，使总升力增大，从而保持垂直方向力的平衡。