1、从航模入门到了解无人机V2012 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 尾布局不带副翼
2、。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，与固定翼
3、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，左副翼舵面以某
4、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方向舵
5、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，左摇杆
6、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
9、通道。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
10、桨转速减慢。（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
11、不符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
12、能水平直飞，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
13、打，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
14、作用力，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
15、，并能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
16、度不大，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
17、太大）。（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
18、）转弯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
19、较大，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
20、力，如果转弯半径较大，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。
21、如果操作得比较好，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
22、反运动趋势）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
23、了压住目标航线，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，
24、其中左机翼垂直向下时为+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-9
25、0 度到+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
26、角，大小从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
27、去。这里，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
28、低，如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
29、美观，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FU
30、TBA 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
31、，在视野范围内，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
32、只是对其中一个舵机，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
33、电。电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
34、应5V 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
35、解。如要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
36、应另一个特定脉宽（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
37、控制飞机在天上飞行的过程。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
38、，把飞机向上抛出，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
39、判断飞机的大致飞行状态（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
40、可以用在飞翼机型上。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
41、测数据并显示在地面监视器（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
42、加数据来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
43、一个单向的图传链路。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72
44、M 时即可以选择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
45、传给舵机。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，
46、其他通道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
47、收机的油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
48、实就是航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
49、用并不强烈，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
