新编从航模入门到了解无人机

1、从航模入门到了解无人机V1.02012 年2 月怎样把飞机飞起来？1.有哪几种固定翼（航模与无人机）飞机？怎么确定空速针管的安装位置？从舵面布局的角度出发，有三类固定翼飞机：常规布局（无舵面混控，带有升降舵面、左副翼舵面和右副翼舵面，以及方向舵面）、飞翼布局（升降副翼混控，带有两个差动舵面）和V 尾布局（升降方向混控，带有两个差动舵面）。“舵面”和“混控”的概念参见下文。其中，无副翼布局（一是没有舵面混控，也没有副翼舵面；二是无混控且有副翼舵面，但闲置不用）也归类为常规布局。飞翼布局可分为两个子类：飞翼布局带方向舵，飞翼布局不带方向舵。V 尾布局也可分为两个子类：V 尾布局带副翼，V 尾布局不

2、带副翼。从螺旋桨的安装位置出发，还可以分为前拉式和背推式两种飞机类型。上图所示的常规布局机型，螺旋桨装在机头位置，那么它就是前拉式飞机，上图所示的飞翼布局机型，螺旋桨装在机尾位置，那么它就是背推式飞机。螺旋桨带起的涡流，会影响空速（即飞机飞行时相对于空气的速度）测量的精确性，而空速针管（空气从此处进入机体内，并作用于飞行控制处理器上的空速传感器）必须与飞机纵轴垂直，指向前方，所以对前拉式飞机而言，空速针管只能装在机翼上。对背推式飞机，空速针管可以装在机翼上，如下图所示:2对背推式飞机，空速针管还可以装在机头，如下图所示:空速测量的问题，以后再讲，这里暂时略过。还有其他分类，如涵道和非涵道等，与

3、固定翼航拍这个主题关联不大，不再赘述。2.什么是舵面？什么是混控？舵面有哪些使用规则？行业习惯：以机头方向为准（即机头为前）来区分前后左右。对常规布局机型，所谓舵面就是机翼后侧和机尾后侧可以自由转动的部分。其中升降舵面是水平尾翼后侧的可以上下转动的部分，方向舵面是垂直尾翼后侧的可以左右转动的部分（垂尾在平尾上方，为上单翼飞机，垂尾在平尾下方，为下单翼飞机）；左副翼舵面就是左机翼后侧的可以上下转动的部分，右副翼舵面就是右机翼后侧的可以上下转动的部分，一般而言，左右副翼舵面遵守“同时等幅反向转动”的使用规则，即：左副翼舵面以某个转动角向上运动，同时右副翼舵面必须以同等大小的转动角向下运动，左副翼舵

4、面以某个转动角向下运动，同时右副翼舵面必须以同等大小的转动角向上运动。对飞翼布局机型，可以把两个差动舵面当一个升降舵面来用，遵守“同时等幅同向转动”的使用规则，即两个差动舵面同时以某个转动角向上转动或同时以某个转动角向下转动；也可以把两个差动舵面当两个副翼舵面来用，即左差动舵面相当于左副翼舵面而右差动舵面相当于右副翼舵面，此时依然遵守“同时等幅反向转动”的使用规则。飞翼布局机型如果带方向舵，使用规则与常规布局时相同。对V 尾布局机型，可以把两个差动舵面当一个升降舵面来用，遵守“同时等幅同向转动”的规则，即两个差动舵面同时以某个转动角向上转动或同时以某个转动角向下转动；也可以把两个差动舵面当一个

5、方向舵面来用，遵守“同时等幅同向转动”的规则，即两个差动舵面同时以某个转动角向左转动或同时以某个转动角向右转动。V 尾布局机型如果带副翼，使用规则与常规布局时相同。3.什么是通道？RC 发射机的舵机通道有什么特点？3在航模中使用RC 发射机，来控制飞机各舵面的动作。其中，“RC（remote control）”，即“遥控”的英文缩写。从用户接口的角度出发，RC 发射机上比较重要的部件有舵机摇杆（Stick）、舵机微调(Trim)和开关(Switch)。舵机摇杆有两个，一左一右，每个摇杆都能上下转动和左右转动。假设对常规布局机型，摇杆动作满足以下使用规则：左摇杆上下转动时，升降舵面上下转动，左摇

6、杆左右转动时，副翼舵面上下转动，右摇杆上下转动时，螺旋桨的转动速度发生变化，右摇杆左右转动时，方向舵面左右转动。此时称：“左摇杆上下转动时，控制升降通道；左摇杆左右转动时，控制副翼通道，右摇杆上下转动时，控制油门通道，右摇杆左右转动时，控制方向通道”。在这里可以这样简单理解“通道”的概念：一个通道对应一个(或一组)控制接口和一个（或一组）被控制设备，以及一个（或一组）控制功能，如，升降通道对应于升降摇杆（即上下转动时的左摇杆）和升降舵面，以及升降舵面的转动，即控制接口是升降摇杆，被控制对象是升降舵面（实际上是升降舵机，下文详细展开），控制功能是使升降舵面发生转动。同样，一个两段开关（有两个可移

7、动位置，即拨上和拨下）可以对应于一个降落伞舵机通道。开关拨上为开伞，开关拨下为关伞。此时该通道只有有限个（两个）控制状态，称之为开关通道。而在升降通道中，升降舵面可以转过许多角度（如10.1 度，10.2 度，11 度，20 度等），实际可对应于无数个状态，这样的通道一般称之为比例通道。RC 发射机上的每个旋钮，也可以对应于一个比例通道。但在本文中，旋钮用处不大，所以不作详细展开。RC 发射机上有四个基本舵机通道：副翼通道、升降通道、油门通道和方向通道，行业习惯将之定义为：CH1=AIL，CH2=ELE，CH3=THR，CH4=RUD，其中，AIL 是aileron 缩写，即副翼舵机，ELE

8、是elevator 的缩写，即升降舵机，THR 是throttle 的缩写，即油门，RUD 是rudder 的缩写，即方向舵。CH 是channel 的缩写，即通道。RC 发射机上的四个微调开关，与四个基本舵机通道相对应，用于调节每个通道的舵机中立位（在下文展开）。按照上面假设的摇杆动作使用规则，在上图的上图，即“RC 发射4机接口示意图”中，从左到右，四个微调分别是：副翼微调（水平放置）、升降微调（垂直放置）、油门微调（垂直放置）和方向微调（水平放置）。注意到，关于摇杆的使用，有“美国手”、“日本手”等不同定义，即左摇杆左右运动时，可能对应方向通道而非副翼通道，也可能对应副翼通道而非方向通道

9、。具体情况因RC发射机厂家技术标准和用户个人习惯的不同而不同，此处不做展开。为简单起见，本文从头到尾都遵从上面假设的摇杆使用规则，即：“左摇杆上下转动时，控制升降通道；左摇杆左右转动时，控制副翼通道，右摇杆上下转动时，控制油门通道，右摇杆左右转动时，控制方向通道”。关于摇杆动作和舵面运动的关系，有几个必须遵守的行业习惯：（1）副翼摇杆往左打，左副翼舵面向上偏转而右副翼舵面向下偏转，副翼摇杆往右打，左副翼舵面向下偏转而右副翼舵面向上偏转。（2）升降摇杆往上打，即“推杆”，升降舵面向下偏转，升降摇杆往下打，即“拉杆”，升降舵面向上偏转。（3）油门摇杆往上打，螺旋桨转速加快，油门摇杆往下打，螺旋桨转

10、速减慢。（4）方向摇杆往左打，方向舵面向左偏转，方向摇杆往右打，方向舵面向右偏转。（5）舵面混控时，同时遵从前文所述的舵面使用规则和上面的四条行业习惯，即：当升降舵面用时，升降摇杆往上打，两个差动舵面同时向下等幅偏转，升降摇杆往下打，两个差动舵面同时向上等幅偏转；当方向舵面用时，方向摇杆往左打，两个差动舵面同时向左等幅偏转，方向摇杆往右打，两个差动舵面同时向右等幅偏转；当副翼舵面用时，两个差动舵面同时反向等幅偏转，即：副翼摇杆往左打，左差动舵面向上偏转而右差动舵面向下偏转，副翼摇杆往右打，左差动舵面向下偏转而右差动舵面向上偏转。根据舵机安装位置的不同，以及RC 发射机设置的不同，有可能出现不符

11、合上述行业习惯的情况，此时必须进行一个很重要的操作，即舵面反向设置（下文展开）。4.假设开始时飞机水平直飞，所有舵面在中立位上，此时舵面运动与飞机运动有什么关系？如果读者无法把上文的摇杆动作和舵面运动相关的行业习惯背下来，那么，这里再深入展开一个简单的力学分析，解释该行业习惯的来龙去脉，以帮助大家更好的理解其中的道理。所谓舵面中立位，一般是与机翼或机尾处于同一平面的位置，即舵面没有发生偏转。除油门摇杆（把摇杆推到某个位置，松开摇杆，摇杆保持原位不动而不会自动归中）外，升降摇杆、副翼摇杆和方向摇杆，推到某个位置，松手后，它们都会自动归中，即回到中间位置。平衡性能较好的飞机，放开摇杆后，一般都能水

12、平直飞，否则可以使用微调进行校正。5对上图所示的上单翼常规布局机型：螺旋桨转动，给飞机一个向前的动力，这样，空气相对于飞机，从机头朝机尾运动，被机体阻隔后形成一股上层气流和一股下层气流。其中上层气流对飞机施加向后、向下的作用力，下层气流对飞机施加向后、向上的作用力。（1）升降摇杆往上打，升降舵面向下偏转，此时下层气流起主导作用，对飞机产生向上、向后的作用力，机尾就会绕机体重心向上转动，而机头则相应地绕机体重心向下转动。（2）升降摇杆往下打，升降舵面向上偏转，此时上层气流起主导作用，对飞机产生向下、向后的作用力，机尾就会绕机体重心向下转动，而机头则相应地绕机体重心向上转动。（3）方向摇杆往左打，

13、方向舵面向左偏转，此时上层气流起主导作用，对飞机产生向右、向后的作用力，机尾就会绕机体重心向右转动，而机头则相应地绕机体重心向左转动。（4）方向摇杆往右打，方向舵面向右偏转，此时上层气流起主导作用，对飞机产生向右、向后的作用力，机尾就会绕机体重心向左转动，而机头则相应绕机体重心向右转动。（5）副翼摇杆往左打，左副翼舵面向上偏转而右副翼舵面向下偏转，上层气流对左副翼舵面施加向下、向后的作用力，而下层气流对右副翼舵面施加向上、向后的作用力，于是左机翼绕机体重心向下转动同时右机翼绕机体重心向上转动。（6）副翼摇杆往右打，左副翼舵面向下偏转而右副翼舵面向上偏转，下层气流对左副翼舵面施加向上、向后的作用

14、力，而上层气流对右副翼舵面施加向下、向后的作用力，于是左机翼绕机体重心向上转动同时右机翼绕机体重心向下转动。结合上下文，简单叙述为：“升降摇杆推杆，机头下沉，升降摇杆拉杆，机头上抬；方向摇杆往左，机头左转，方向摇杆往右，机头右转；副翼摇杆往左，左机翼下沉，副翼摇杆往右，右机翼下沉；油门摇杆往上，螺旋桨转快，油门摇杆往下，螺旋桨转慢。”这是每个航模玩家实际手动操作时必须知道的操作规则。或者称之为更为简明实用的“行业习惯”。习惯上把通过RC 发射机控制飞机的方式称之为手动模式（Manual Mode）。强烈建议读者自行分析，把手动模式下，摇杆动作、舵面运动和机体运动三者之间的相互关系理解透彻，并能

15、在不看任何相关资料的前提下随时复述出来。5.在爬高、转弯、压线等典型情况下，摇杆、舵面与飞机运动三者之间有哪些相互关系？在理解一般情况（摇杆动作比较小，飞机基本处于水平直飞状态）下摇杆、舵面与飞机运动三者之间的相互关系后，还要对典型情况下的位置控制（即如何精确控制飞机从一处飞到另一处）进行简单分析，为后面深入研究固定翼航拍的自动控制原理打下基础。主要分为：油门控制、高度控制、转弯控制和航线控制四个部分。实际操作中，按飞手的个人习惯，细节会有所不同。这里只按理想状态（即近乎自动控制时的效果）下的情况展开叙述。为了简单起见，依然以常规布局机型为例展开叙述。（1）油门控制假设机头上抬，或下沉角度不大

16、，螺旋桨的转动必定会产生向上的作用分力。此时油门摇杆向下打，螺旋桨转速变慢，向前运动的速度变小，向上的作用分力就会明显变小，而相对空气的作用力也明显变小，根据牛顿力学第三定律，空气对飞机的作用力也明显变小，于是重力起到的作用就会显著增大，飞机掉高度乃至“自由”坠落的可能性就会增大。典型的情况是，飞机机头抬得太高，甚至接近于垂直向上，此时空气对其产生的作用力中，向下的分量占主要部分，如果螺旋桨转速太慢，无法提供足够的向上的作用分力，飞机就会在空气向下作用力分量和重力的联合作用下，失速坠落。一般而言，在飞机的正常飞行中，油门不能太低，机头也不能长时间维持太大的向上俯仰角（那样消耗的油量或电能太大）

17、。（2）高度控制飞机要从低处飞往高处，首先要对升降摇杆进行拉杆操作，使机头上抬，但不要抬太高，然后适当加点油门，使螺旋桨转快点，增加一些向上的动力。可以一边爬升，一边减小机头6的上抬幅度，即把升降摇杆往上打一点，同时减小油门，即把油门摇杆往下打一点。这样，飞机到达目标高度后，就能很快变成水平直飞的状态。飞机要从高处飞往低处，首先要对升降摇杆进行推杆操作，使机头下沉，但不要沉太多，然后适当减点油门，使螺旋桨转慢点，减小一些向下的动力。可以一边俯冲，一边减小机头的下沉幅度，即把升降摇杆往下打一点，同时增加油门，即把油门摇杆往上打一点。这样，飞机到达目标高度后，就能很快变成水平直飞的状态。（3）转弯

18、控制使用副翼舵面还是方向舵面来转弯？首先注意到，既可以使用副翼舵面来转弯，也可以使用方向舵面来转弯。为简单起见，一般只使用副翼舵面来转弯，或只使用方向舵面来转弯。如果飞机带有较大的机翼上反角，则使用方向舵面来转弯，那么转弯时，飞机受到的向外侧滑的作用力较大，转弯半径就会变大，此时空气作用力、螺旋桨动力和重力的合力为飞机提供圆周运动所需的向心力。由于向下的作用分力较小，飞机不容易掉高度。如果飞机没有机翼上反角或上反角较小，则使用副翼来转弯，那么，转弯时，飞机受到的向内侧滑的作用力较大，转弯半径就会变小，此时空气作用力、螺旋桨动力和重力的合力为飞机提供圆周运动所需的向心力。由于向下的作用分力较大，

19、飞机容易掉高度，所以需要对升降摇杆进行拉杆操作，使机头上抬，适当补偿一些高度。中间的受力情况比较复杂，这里不再展开叙述。只要知道，机翼上反角较大，使用方向舵面来转弯，机翼上反角较小，使用副翼舵面来转弯就好了。另：如果没有副翼舵面，或没有能当副翼来用的差动舵面，就只能使用方向舵面来转弯；而如果没有方向舵面，也没有能当方向舵面来用的差动舵面，就只能使用副翼舵面来转弯。具体转弯操作过程第一步，先给出一个坡度，即如果左转弯，就使左机翼下沉，如果右转弯，就使右机翼下沉。一般而言，要转过的弯角越大，给出的坡度越大（但不能太大，以免飞机翻转）。第二步，调整油门和转弯舵面，形成使飞机做圆周运动所需的向心力，如

20、果转弯半径较大，适当增大油门，如果转弯半径较小，适当减小油门。逐渐减小坡度（转弯舵面回到中立位，甚至与初始位置反向，之后再回到中立位）。当飞机再次水平直飞时，弯角刚好转完。（4）航线控制如何切入目标航线？所谓航线，一般指一段近乎等高直线的飞行路线。理论分析中，可以把飞机的实际飞行路线，分解成许多段小航线。定义飞机到目标航线的垂直距离为侧偏距。侧偏距较大时，如目测超过30 米，可以使机头以近乎垂直于航线的角度直飞过去，等到比较接近（如目测侧偏距小于30 米）时，再改变机头的朝向，使机头与航线的夹角从90 度变到0 度，在这个改变过程中，侧偏距继续变小，而夹角变小的过程与之有一定的对应关系。如果操

21、作得比较好，那么，当机头与航线的夹角变成零时，侧偏距也等于零，即飞机刚好切入航线。7如何压住目标航线？飞机到达航线之后，就要维持水平直飞的状态。看这一部分内容时，也要进行相关力学分析，摇杆动作与机头机翼运动趋势的相互关系规则与前文相同，不过摇杆的操作目的不是为了促成某种运动趋势，而是为了阻止该种运动趋势（但实际又促成了与之相反的运动趋势）。参考前文规则：“升降摇杆推杆，机头下沉，升降摇杆拉杆，机头上抬；方向摇杆往左，机头左转，方向摇杆往右，机头右转；副翼摇杆往左，左机翼下沉，副翼摇杆往右，右机翼下沉；油门摇杆往上，螺旋桨转快，油门摇杆往下，螺旋桨转慢。”按照要阻止某种运动趋势（即促成其相反运动

22、趋势）的思路，重新叙述摇杆动作与阻止机头机翼运动趋势的相互关系规则。例如，要阻止机头下沉，就是使机头上抬，就要对升降摇杆进行拉杆操作。又如，要阻止左机翼下沉（联动关系，此时右机翼上抬），就是要使左机翼上抬（联动关系，此时右机翼下沉），就要对副翼摇杆进行往右打的操作。即新规则如下：“要阻止机头下沉，就使升降摇杆拉杆（往下打），要阻止机头上抬，就使升降摇杆推杆（往上打）；要阻止机头左转，就使方向摇杆往右打，要阻止机头右转，就使方向摇杆往左打；要阻止左机翼下沉，就使副翼摇杆往右打，要阻止右机翼下沉，就使副翼摇杆往左打；要阻止飞机加速，就使油门摇杆往下打，要阻止飞机减速，就使油门摇杆往上打。“为了压住

23、目标航线，操作办法分解叙述如下：第一步：使副翼舵面尽量维持在中立位置，这样，机翼就不会偏离水平位置太多。当左机翼有下沉趋势时，要阻止这一运动趋势，就是要使右机翼下沉，于是往右打副翼摇杆；当右机翼有下沉趋势时，要阻止这一运动趋势，就是要使左机翼下沉，于是就往左打副翼摇杆。行业习惯上，把机翼下沉的角度定义为横滚角，数量为左正右负，即左机翼下沉时，横滚角为正，右机翼下沉时，横滚角为负。理论上讲，横滚角的范围是-180 度到+180 度，即：左机翼持续逆时针滚转，从水平位置（横滚角为0 度）直至到达右机翼原先的位置（横滚角为+180 度），在这个变化过程中，横滚角从0 度逐渐增加大+180 度，其中左

24、机翼垂直向下时为+90 度。而右机翼持续顺时针滚转，从水平位置（横滚角为0 度）直至到达左机翼原先的位置（滚转角为-180 度），在这个变化过程中，横滚角从0 度逐渐减小为-180 度，其中右机翼垂直向下时为-90 度。第二步：使升降舵面尽量维持在中立位置，这样，机头就不会偏离水平位置太多。当机头有下沉趋势时，要阻止这一运动趋势，就是要使机头上抬，于是就往下打升降摇杆；当机头有上抬趋势时，要阻止这一运动趋势，就是要使机头下沉，于是就向上打升降摇杆。行业习惯上，把机头上抬或下沉的角度定义为俯仰角，大小为上正下负，即机头上抬时，俯仰角为正，机头下沉时，俯仰角为负。理论上讲，俯仰角的范围是-90 度

25、到+90 度：即机头持续上抬，从水平位置（俯仰角为0 度）直至机头垂直向上（俯仰角为+90 度），在这个变化过程中，俯仰角从0 度逐渐增加到+90 度。机头持续下沉，从水平位置（俯仰角为0 度）直至机头垂直向下（俯仰角为-90 度），在这个变化过程中，俯仰角从0 度逐渐减小到-90 度。第三步：使机头前进方向和航线方向基本一致，也就是，需要控制方向舵面，使之尽量维持在中立位置。当机头有左转趋势时，为了阻止这一运动趋势，就是要使机头右转，于是往右打方向摇杆；当机头有右转趋势，为了阻止这一运动趋势，就是要使机头左转，于是往左打方向摇杆。8行业习惯上，把机头在水平面上左转或右转的角度定义为航向角，大

26、小从0 度（正北方向）顺时针增加到360 度（再次回到正北方向），其中正东方向为90 度，正南方向为180度，正西方向为270 度。6.什么是PWM 信号？PWM 信号与舵面运动有什么关系？（1）RC 发射机与RC 接收机的关系前面讲过，航模中使用RC 发射机来遥控飞机，一个摇杆对应于飞机上的一个舵面（副翼舵面为两个子舵面；存在舵面混控时，两个差动舵面可能等效于一个正常舵面）。事实上，在RC 发射机与舵面的通信链路之间，还有RC 接收机和舵机的参与。在RC 发射机上，每个通道产生一组PWM 信号，再按照某种协议打包（调制、加密等），行成一个无线电波信号包，从RC 发射机的发射天线上发送出去。这

27、里，发射天线相当于一个人的嘴巴，无线电波信号包相当于某种语言（如英语或汉语）里的一句话。RC 接收机的接收天线相当于另一个人的耳朵，它接收到无线电波信号包之后，就会进行解读（解调、解密等），还原出每个通道所对应的PWM 信号。这里，不去展开叙述如何对PWM 信号打包和解读的内容，如需深究，请自信查阅相关技术资料。RC 接收机至少有一根电源线和一根地线，然后还有一些PWM 信号线（为简单起见，这里认为一根PWM 信号线对应一个舵机通道）。解读出来的PWM 信号按照对应关系，传到相关舵机上，驱动该舵机的正常工作。PWM 信号上只有两种电压值：一个高电平（电压较高，如5V）和一个低电平（电压较低，如

28、0V），这两个电平的具体电压值可能会因设备和厂家技术标准的不同而不同。为简单起见，这里就假设高电平为5V，低电平为0V。高电平和低电平交替出现，低电平固定持续时间为2ms，高电平持续时间在1ms 与2ms之间，每一对高低电平相当于一个具体的舵机命令（对低电平计数，当新的低电平到来时，就知道来了新的命令，而相邻高电平的脉宽就是命令内容）。（2）PWM 信号与舵面运动的关系这里具体展开PWM 信号与舵面运动的关系。每个舵机（Servo）都有一根三芯的数据线（电源、地和信号），其中信号口可以直接9连到RC 接收机的对应PWM 信号线上，这样，每个通道的PWM 控制信号都能传到相应的舵机上。为了美观，

29、这些舵机一般都深埋在机体内部。舵机上有一个摇臂（Arm），可以顺时针旋转（CW）或逆时针旋转(CCW)。从舵机摇臂上引出一根连杆（如不容易弯曲或折断的铁丝），另一端固定到舵面的舵角上，由于联动关系，舵机摇臂转动时，舵面也可以跟着转动了。调整连杆的长度，以及摇臂和舵角的孔位，就能改变舵面的最大转动角度。为简单起见，这里假设舵面水平放置，完全水平时舵面转动角为0 度，舵面最多能向上转过45 度（对应+45 度转动角），最多能向下转过45 度（对应-45 度转动角）。这样，可以在PWM 信号的脉宽（即高电平的持续时间）与舵面转动角之间建立一种映射关系（即量化的对应关系）。为简单起见，这里以FUTBA

30、 的RC 发射机的技术标准为准。把各个通道的行程（End Point）设置到-100 到+100 之间，这样每个通道上产生的PWM 信号的脉宽就会落在1ms 到2ms 之间。于是，+45 度舵面对应1ms 脉宽，-45 度舵面对应2ms 脉宽。而0 度舵面对应1.5ms 脉宽（即所谓的舵机中立位，如有必要，可以使用微调来改变这个数值）。其余角度和脉宽在各自有效范围内一一对应，整体上呈现对称分布态势。然后，还可以把这个映射关系关联到摇杆上（现在假设舵面水平放置，那么，可以对应到升降摇杆上）。升降摇杆打到最上端，升降舵面转动角为-45 度，升降摇杆打到最下端，升降舵面转动角为+45 度。这样，在视

31、野范围内，可以目测飞机的姿态（即横滚角和俯仰角）和航向角，并通过RC 发射机摇杆改变舵面转动角，从而改变飞机的受力情况，进而改变飞机的飞行状态。顺带提到，一般而言，一个升降舵面（或一个方向舵面，或一个差动舵面）都只对应于一个舵机，但对副翼舵面，情况稍微有点复杂。有些飞机上可能使用一个舵机来对应左副翼舵面，而用另一个舵机来对应右副翼舵面，而有些飞机上，只使用同一个舵机来同时对应左右副翼舵面（此时需把两个舵面连杆精确关联到同一个副翼舵机的不同摇臂位置上，使左右副翼舵面能严格遵从“同时反向等幅转动”的使用规则）。当然，无论副翼舵机是一个还是两个，都相当于用同一路PWM 信号来控制两个舵机，10只是对

32、其中一个舵机，信号做了“取反”操作。（3）PWM 信号与电调、降落伞舵机的关系PWM 信号、电调与电机对电调，从网络上搜查到以下文字：“电调全称电子调速器，英文electronic speed controller ,简称ESC。针对电机不同，可分为有刷电子调速器和无刷电子调速器。它根据控制信号调节电动机的转速。“对于它们的连接，一般情况下是这样的：“1、电调的输入线与电池连接；“2、电调的输出线（有刷两根、无刷三根）与电机连接；“3、电调的信号线与接收机连接。另外，电调一般有电源输出功能，即在信号线的正负极之间，有5V 左右的电压输出，通过信号线为接收机供电，接收机再为舵机等控制设备供电。电

33、调的输出为三四个舵机供电是没问题的。因此，电动的飞机，一般都不需要单独为接收机供电，除非舵机很多或对接收机电源有很高的要求。”另：本文中有些图片或文字也源于网络，因为不是专门的学术论文，所以可以偷下懒，不一一列举信息来源了。只在这里对那些信息的作者和编者表示感谢（还有一些歉意）。回到主题，解说PWM 信号与电调的关系。首先，电机有一个KV 值的问题，即每1V 电压对应多少转/分钟的转速，如，某电机的KV 值为2500KV，那么，输入10V 电压给电机，它就会每分钟钟转2500*10 转。接着，把PWM 信号的脉宽对应到电调对电机的输出电压上，如1ms 脉宽对应0V 电压，2ms 脉宽对应5V

34、电压，这样，脉宽与电压之间就能建立一种映射关系。把这个关系关联到RC 发射机的油门摇杆上，把油门打到最低端，电调输出0V 电压到电机，电机不转，所以装在电机上的螺旋桨也不转；把油门打到最高端，电调输出5V 电压到电机，电机转速最大，螺旋桨的转速也最大。从0 转到最大转速，不同的转速值可以对应到RC 发射机油门摇杆的相应位置。这样，就能通过油门摇杆精确控制螺旋桨的转速，改变飞机的前进动力。注意到，电调只能用在电动飞机（即以电池为动力来源的飞机）上，而不能用于油动飞机（即以汽油为动力来源的飞机）。油动飞机使用油门舵机来控制给油量，从而改变螺旋桨的转速。为简单起见，本文基本只对电动飞机进行讲解。如要

35、深入了解油动飞机的知识，请自行查阅相关资料。同时，关于电调和电机，还有许多其他技术要点，这里不再一一叙述。PWM 信号与降落伞舵机降落伞通过几根绳子与机体紧密连接，折叠好后放在机体底部的某个舱室内。平时舱室被开伞舵机的摆臂挡住而无法打开，飞行过程中，向降落伞舵机输出开伞信号后，舵机摆臂移开，舱室门打开，降落伞就会向下脱落。输出开伞信号之前，先向电调输出停转信号，马达立即停住，飞机就会失速坠落，从而拖动降落伞迎风张开。如果开伞高度合适，降落伞受到的空气浮力就会抵消掉大部分的机体重力，使飞机能缓缓着陆。11前面已经讲过，降落伞通道是一个开关通道。开伞时对应一个特定脉宽（如1ms），关伞时对应另一个

36、特定脉宽（如2ms）。在这个通道上，RC 发射机一般不会再产生其他脉宽的PWM 信号。当然，这个特定脉宽会随RC 发射机设置的不同而不同。PWM 信号与其他舵机或执行机构的关系PWM 信号是航模无人机中最常见的信号类型。PWM 对其他舵机，具体工作原理如前所述，就是输出某个脉宽的PWM 信号到舵机上，使舵机摇臂转过一定角度，然后拉动某个设备上的某个部件向某个方向运动。经过某些设计过程后，可以通过PWM 信号实现各种各样的操作目的，如，“按下”和“放开”相机快门按钮，使相机拍一张照片，又如，打开装谷物种子的装置，向下抛洒种子。7.飞机的起飞和降落前面已经非常详细地叙述了利用RC 发射机来控制飞机

37、在天上飞行的过程。下面最后再简单讲讲航模飞机的起飞和降落过程。上图展示了利用平整的跑道滑跑起飞和滑跑降落的全过程。这也是载人固定翼飞机最常用的起降方式。总体而言，航模和无人机中，飞机一般有三种起飞方式，手抛、弹射和滑跑。（1）如果飞机不是很重，可以纯手抛起飞：12把飞机平平（机头稍稍向上）扔出后，对RC 发射机的升降通道进行拉杆操作，使飞机迅速爬高。可以一人手抛，另一人拉杆；也可以同一个人操作：先手抛，再拉杆。（2）手抛+弹射：上图是零度公司自制的雨燕III 无人机的自动起飞过程。需要一人手抛，一人拉杆。在野外作业时，在地面上打好桩，系上橡皮绳，用钩子勾到飞机上，抱着飞机拉开一段距离后，把飞机

38、向上抛出，橡皮绳的弹力就会给飞机一个向上向前的动力，当飞机飞到桩前时，钩子带着橡皮绳自动脱落。然后手动拉杆，或切入自动模式使飞行控制器自行拉杆。（3）飞机特别重时，只能弹射起飞：13总体而言，有两种降落方式：伞降和滑降（1）伞降：零度公司自制的雨燕III 无人机一般采用开伞方式来降落。（2）滑降：如果有很好的跑道，飞机还带有起落架（即带三个滚轮），可以滚轮滑降。其他情况下只能采用腹触式滑降（图暂略）。即飞机腹部与地面摩擦，直至完全不动。_第二讲：航模平衡仪如何维持飞机的水平飞行状态？为简单起见，主要讲解常规布局的电动飞机的情况。1.视野范围内的手动控制还在视野范围内时，用户可以通过肉眼判断飞机

39、的大致飞行状态（航向、姿态、位置和速度），同时通过RC 发射机来进行实时控制。此时只有RC 发射机的手动模式控制。以电动飞机为例，此时的常见机载设备连接关系如图所示：动力电池（5V 以上，一般6 至12V）的正极连到电调的电源输入口，负极连到电调的地线口。在航模无人机中，很多设备连接线都是三芯线（电源、地和信号）。根据电子产品的行业习惯，电源线一般为红色，地线一般为黑色，信号线为白色或者其他非红非黑的颜色。在航模中，RC 发射机至少三通（三个通道：副翼、升降和油门）以上。RC 接收机与RC发射机必须相互匹配，一般工作频率（可以通过“对频”操作来校正）和通道数都必须相同。三通RC 发射机可以用在

40、飞翼机型上。对常规布局，一般是四通以上，即在三通的基础上至少增加一个方向通道。上图所示的RC 接收机为五通设备，即CH1=AIL，CH2=ELE，CH3=THR，CH4=RUD，CH5 为空闲通道。图中所示BAT 接口即“Battery（即电池）”接口。1在RC 接收机接口面板内部，所有舵机的电源线已内部连通，相关地线也已内部连通，即只要给其中一个舵机通道供电，就能给RC 接收机和其他舵机通道供电，此时RC 接收机的BAT 口可以悬空不用。但因为各通道的信号内容互不相同，所以信号线各自独立。2.FPV：视野范围外的手动控制飞机飞远后，无法通过肉眼直接观察，就只能通过无线通信手段，下载遥测数据并

41、显示在地面监视器（如小电视机）。最简单的方式就是利用OSD 模块，把遥测数据叠加到图像数据上，再利用图传数据链路传回地面。用户就能通过观察遥测数据知道飞机的实时飞行状态，然后利用RC 发射机实时控制飞机。但这对用户的遥控技术和精神状态有较高要求。其中“OSD”为“On Screen Display”的英文缩写，意思是“视频叠加显示”，即把文字、数字和简单图形等叠加到视频图像上。最简单的视野外的手动控制系统，其实也是最简单的FPV 系统。“FPV”是“First PersonView”的英文缩写，意思是“第一人称视角飞行”，是一种最近几年才兴起的航模娱乐方式。FPV 以回传地面的视频和叠加数据来

42、获取第一视角飞行数据（姿态和位置等），并通过RC 发射机实时控制飞机的飞行，以取得一种身临其境的飞行驾驶员的感觉。2上图为最简单的FPV 系统的机载设备的硬件接线图。左边部分是实时飞行控制系统，与视野范围内的机载系统没有什么区别，右边部分是新增的视频传输系统：以OSD 模块为中心，从GPS 模块获取位置信息，从摄像头模块获取视频信息，从图传电池（一般为12V）获取电源，然后把位置信息变成文字、数字和简单图形，叠加到视频图像上，再转到图传（即图像传输）发射机，以无线电波的形式回传地面。到此为止，航模无人机上的无线信号通信链路，除了单向的RC 链路（RC 发射机-RC接收机）之外，又增加了一个单向

43、的图传链路。注意到：(1)每个无线通信链路都有一个发射机（带发射天线）和一个接收机（带接收天线）。(2)每套传输设备都有固定的工作频率。可以这样来简单理解频率的概念：一秒钟拍两次手，拍手频率就是2HZ；一秒钟内，同一个无线电信号波形（如一个正弦图形）重复出现1000 次，则信号频率就是1000HZ。更深入的“载波”、“调制”等概念请自行查阅相关资料。(3)频率选择：只有一套无线传输设备时，可以不用过多考虑信号频率的问题，但同时有两种无线信号平行传输时，就有一些讲究了。这里主要从同频干扰的角度出发来考虑问题。现在常用的图传频率有1.2-1.3G 和2.4G 两种，那么：RC 发射机为72M 时即

44、可以选择1.2-1.3G 的图传设备，也可以选择2.4G 的图传设备。RC 发射机为2.4G 时只能选择1.2-1.3G 的图传设备。3平衡仪模块的引进为了减轻用户的负担，可以在飞机上增加一个平衡仪模块，插入到RC 接收机与舵机之间，即RC 发射机发出的PMW 信号先经平衡仪中转才能到达舵机，而不再是直通状态。由此产生了两种模式：手动模式和增稳模式（对应于RC 发射机的一个两段开关）。在手动模式下，平衡仪几乎原封不动地中转RC 发射机信号，当然，对飞翼机型（副翼升降混控）和V 尾机型（升降方向混控），还得进行必要的混控处理。在增稳模式下，平衡仪会在RC 发射机信号上叠加一个增稳信号，再传给舵机

45、。增稳信3号的任务是尽量保持飞机的水平飞行状态，当飞机偏离水平位置时，阻碍它的运动趋势。增稳有两个维度。当机头抬起或下沉时，对俯仰通道进行增稳，当机翼滚转时，对横滚通道进行增稳。当机头和机翼同时偏离水平位置时，就同时在横滚和俯仰通道上进行增稳。参见上图，以FY20(2010 年5 月版)为例，简单讲解航模平衡仪的基本内容。（1）先讲供电关系如上图所示，对于同一个信号通道，RC 接收机与FY20A 之间通过配线相连，也就是，对应的电源口和地口是联通的，即，对电动飞机而言，只要RC 接收机这头一上电，FY20A就能从RC 接收机这里取电，而不必再用电池对其进行供电。只要其中一个通道能取电，其他通道

46、上的电源口和地口都可以悬空不接，而只接相应的信号线。类似的，舵机也可以通过配线从FY20A 取电。对油动飞机而言，RC 接收机使用一个电池，FY20A 和舵机尽量使用另一个电池。因为舵机通道上的快速操作，会产生剧烈的电流变化（并导致相应的电压变化），从而影响到油门舵机的正常工作（电压变化太快容易空中熄火并导致炸机）。此时一般要对舵机独立供电。FY20A、RC 接收机和舵机的正常工作电压都是5V 左右（4-6V）。（2）对舵机通道CH1-CH4，FY20A 的接线面板分为信号输入和信号输出两个部分。对油门通道，FY20A 不提供任何接口，所以，油门通道是“直通”的，油门信号直接从RC 接收机的油

47、门输出口传到油门舵机（对油动飞机）或电调（对电动飞机）。如果是常规布局的机型，对AIL/ELE/RUD 通道，每个通道按“RC 接收机-FY20A-舵机”的连接顺序依次接好即可。如果是无副翼布局（一是无舵面混控，本身又不带副翼；二是无舵面混控，有副翼而闲置不用），把方向通道悬空不接即可。（3）对CH5，只存在“RC 接收机-FY20A”的连接关系。一般使用RC 发射机上的一个空闲通道（如一个三段开关）来对应FY20A 的三种工作模式（手动模式，增稳模式和3D 模式），其中3D 模式对航拍意义不大，在此省略不提，即，可以只用一个两段开关来切换手动和增稳两种主要工作模式。这里的增稳模式，其实就是航

48、模无人机里最简单的自动控制模式。在第一讲中，在手动模式下，为了使飞机压住航线水平直飞，需要遵从这样的操作规则：“要阻止机头下沉，就使升降摇杆拉杆（往下打），要阻止机头上抬，就使升降摇杆推杆（往上打）；要阻止机头左转，就使方向摇杆往右打，要阻止机头右转，就使方向摇杆往左打；要阻止左机翼下沉，就使副翼摇杆往右打，要阻止右机翼下沉，就使副翼摇杆往左打；要阻止飞机加速，就使油门摇杆往下打，要阻止飞机减速，就使油门摇杆往上打。“在这里，上述操作规则改由平衡仪在增稳模式下来自动执行，只是对于FY20A，油门上的规则无效，因为FY20A 上的油门只能手动控制。同时，在方向通道上，FY20A 的阻尼作用并不强

49、烈，如遇到大风，把机头吹偏到别的航向角上，FY20A 不会努力使之回到原来位置，而是听之任之，即，吹到哪个航向上，就留在哪个航向上。严格来讲，FY20A 没有航向增稳的功能，而只能“试图稳定航向”。即，在FY20A 中，在增稳模式下，新的压线规则如下：当机头下沉时，FY20A 会模拟升降摇杆拉杆动作，向升降舵机输出使机头上抬的PWM增稳信号，只要机头没有回到水平位置，增稳信号就不为零；当机头上抬时，FY20A 会模拟升降摇杆推杆动作，向升降舵机输出使机头下沉的PWM 增稳信号，只要机头没有回到水平位置，增稳信号就不为零。当左机翼下沉时，FY20A 会模拟副翼摇杆往右打的动作，向副翼舵机输出使右

50、机翼下4沉的PWM 增稳信号，只要机翼没有回到水平位置，增稳信号就不为零；当右机翼下沉时，FY20A 会模拟副翼摇杆往左打的动作，向副翼舵机输出使左机翼下沉的PWM 增稳信号，只要机翼没有回到水平位置，增稳信号就不为零。4.什么是惯性姿态测量？惯性姿态测量与航模平衡仪的增稳控制有什么关系？1）惯性器件5通常所说的惯性器件就是基于MEMS（微电子机械系统）技术的陀螺和加速度计。陀螺测量物体沿某一轴转动的角速率，加速度计测量物体的重力加速度分量。2）姿态和航向把角速度积分后可以得到物体转动的角度，在三个维度上分别积分，就能得到物体在3D 空间中的转动角(航向角、横滚角和俯仰角)。在上一讲中，已经给

51、出了非常精确的定义。把重力加速度按飞机机体坐标系（x 轴指向机头方向，y 轴指向右机翼，z 轴向下）进行分解，这样根据重力加速度在各个方向上的分量之间的关系，就能算出飞机的倾斜角（横滚和俯仰），也就能得到所谓的“姿态”。此时如果要算航向角，还得加三轴磁强计，利用姿态角和磁场强度在三轴方向上的分量之间的关系进行计算。如何利用惯性器件来计算姿态和航向的具体方法，请自行查阅相关技术资料。3）惯性姿态测量单用陀螺和加速度计都能算出飞机的姿态，但陀螺对温度敏感，容易产生零点漂移，精度高的陀螺都很贵，便宜的陀螺几乎不能单独使用（一分钟温漂十几度），而加速度计对震动敏感，飞机在颠簸、加减速或转弯的时候，加速

52、度计就不能正常工作（因为“超重”或“失重”，此时测得的重力加速度分量不够准确）。假设角加速度恒定为k，计算角度的积分公式实际就是：=t，其中t 为时间。如果陀螺没有零点漂移，如上图左边部分所示，从零时刻算起，到t1 时刻转过的角度值实际就是过零点的斜线（斜率为k）与横轴所包围的红色图形面积。如果陀螺有零点漂移（为简单起见，假设为常值漂移0），则计算角度的积分公式变为=(+ 0)t=t+0t, t 为时间。如上图右边部分所示，算得的角度值中有一个随时间增长而不断增长的部分，即0t。如果不把这部分数值消除掉，陀螺积分算得的角度值就肯定不够精确。一般的做法是：利用卡曼滤波数据融合算法，把陀螺数值和加

53、速度计数值取长补短地结合起来，就能得到精确的姿态数值。打个比方，陀螺算出来的姿态角相当于考试成绩，而加速度计算出来的姿态角相当于平时成绩，单看考试成绩或平时成绩，都不能准确评价学生的实际水平，那么按照一定比例关系（如平时成绩占总六成，考试成绩占四成）来综合评价，无疑是更为合理的方案。如果能引入无漂移的GPS 数据和气压计数据，姿态解算的精度将会提高几个档次。再打个比方，多参考几个评分老师的意见，无疑能得到更为客观准确的综合评价。4）保障和提高惯性姿态测量的精度提高惯性姿态测量精度的最简单的办法，就是使用高精度的器件，但在实际应用中因成本太高而并不常用。然后就是通过软件算法，比如对采集来的原始数

54、据进行复杂滤波，来提高计算精度。最后才是从源头上消除器件本身的使用限制。针对加速度计震动敏感的情况，必须做减震处理（官方提供了标配的减震架）和减震检测。FY20A 中，有一个震动指示灯，用来检测飞机的减震情况。把飞机静置地面，切入手6动模式，然后逐步改变RC 发射机的油门摇杆位置（如最高、中上、中间、中下和最低），并在各个位置单独停留一段时间（如20 秒），再去观察指示灯的情况（如要深究，请自行查阅FY20的官方说明书）。只要不符合要求，就必须重新减震。针对陀螺温度敏感的情况，FY20A 中提供“陀螺初始化”的解决方案。具体做法是，接好初始化跳线，把飞机静置地面不动，然后采集一段时间内的陀螺读

55、数，因为飞机没有转动，所以每个陀螺的读数都在基准值的位置附近，把采集到的陀螺读数取个平均值，就是新的陀螺基准值了。5）姿态控制、增稳控制与舵面控制在第一讲中，已经讲述了如何使用PWM 信号精确控制舵面转动的原理，那么现在，通过惯性姿态测量，又能精确知道机头上抬或下沉的角度，以及机翼上抬或下沉的角度，就能知道还要让舵面往哪个方向持续变化，才能使机头和机翼到达目标姿态。即可以把姿态控制转化为舵面控制来执行。当目标姿态为水平位置（横滚为零，俯仰也为零）时，就是平衡仪在增稳模式下的增稳控制了。6）初始姿态安装误差的问题FY20A 是以自身的水平线为控制基准，如果没有初始姿态安装误差，FY20A 与飞机

56、处于同一条水平线上，那么，把FY20A 从非水平状态修正回水平状态，则飞机也能恢复水平。77）FY20A 中的PID 参数调整8上图为FY20A 平衡仪的顶视图。右边的三个旋钮就是用来调整PID 参数的接口（FY20A实际使用PD 控制。P 值和D 值同向增大。具体的PID 控制方法，参见下文相关内容。）每个旋钮对应一个舵机通道，这旋钮既可以控制方向也可以改变控制量的大小。旋钮在中间时控制量最小，左右两边分别逐渐增大，并且控制方向相反。具体调整办法：第一步，调整FY-20A 上的三个灵敏度旋钮在中间位置，如下图所示。然后将所有的旋钮往一个方向旋转(顺时针或者逆时针都可以)。第二步：把飞机放在一

57、个水平面上，副翼和升降舵面都是水平的，方向舵在中间位置。把控制FY-20A 工作模式的三段开关切到增稳模式。第三步：按增稳时机体运动和舵面反应的关系规则，使机头抬头、下沉，使机翼抬起、下沉，使机头左转右转，依次判断升降舵面、副翼舵面和方向舵面的反应是否正常（即能否阻止飞机的运动趋势，使之保持在水平直飞的状态）。如果某个通道的舵面反应方向不正确，而把旋钮转到另一个方向上。直至三个通道上的舵面反应都是正确的。第四步：在手动模式下把飞机飞上天，然后切入增稳模式，观察飞机各通道的增稳情况。如果没有增稳效果（即飞机偏离水平位置时，不会自动修正回去），那么增大该通道的感度（把对应旋钮往变大的方向调）。而如

58、果飞机在该通道上反复震荡，说明感度太大，则把对应旋钮往变小的方向调。7）在增稳模式下，手动控制量和增稳控制量之间有什么关系？两个控制量有一定的相互独立性。手动控制量由RC 发射机的手动控制产生，而增稳控制量则跟飞机的倾斜角度（以及对应舵面感度）有关。两者作用方向相反，作用效果直接相加后输出到对应舵机。例如，当前飞机机头向下偏离水平位置10 度，平衡仪就产生使飞机向上回转10 度的控制量，如果手动控制产生使飞机准备向下倾斜30 度的控制量，那么最后作用在升降舵的就是准备向下倾斜20 度的控制量。这就是操作人员感觉在增稳模式下，操纵灵敏度降低的原因。倾角较小时手动控制量大于平衡控制量，此时控制权在

59、手动控制量上，飞机会往手动控制的方向倾斜，平衡控制量起到的就是微调的作用，不使操作动作太大而造成失控。手动控制量继续加大，到了一定角度，手动控制量和平衡控制量相等，飞机进入平衡状态。手动控制量再加大，但此时平衡控制量大于手动控制量，把握了主动权，从而飞机回转水平状态的趋势大于倾角继续增加的趋势，倾斜角度无法再增大。但如果手动控制量不突然减少得太厉害，飞机也不会越过平衡点回到水平状态。只要手动控制量还在，飞机就维持在一个平衡点上。手动控制量逐渐减少，平衡控制量会主动把飞机控向水平方向，但很快又进入下一个平衡点。手动控制量如果完全消失，那么平衡控制量的终极目的就是把飞机控回水平状态。随9着倾斜角度

60、的减少，平衡控制量会越变越小，直至为零。5.平衡仪中的PID 控制（假设方向通道上也有严格的增稳功能）（1）PID 控制的作用一般而言，在固定翼中，把姿态变化、舵面转动和PWM 舵机信号关联起来时，就需要讨论一个PID 算法的问题。假设现在机头向上抬起10，想要使之变为向上抬起30，那么，怎样减少中间的20偏差，就是飞行控制器接下来的控制任务了。前面知道，飞行控制器向升降舵机输出PWM 信号，升降舵机的摇臂就会转动，从而拉动升降舵面上下转动，进而改变飞机的受力情况（姿态随之改变）。每时每刻自驾都能知道机头的抬起角度，每时每刻都知道现在还要继续抬起多大的角度，才能最终使机头抬到30。飞行控制器要