牛顿看到遥控无人机(无人机的飞行用到了牛顿第几定律)
一、无人机的飞行用到了牛顿第几定律
无人机的飞行原理是基于牛顿第三定律的。
艾萨克·牛顿（1643年1月4日—1727年3月31日），爵士，英国皇家学会会长，英国著名的物理学家、数学家，百科全书式的“全才”，著有《自然哲学的数学原理》、《光学》。
在力学上，牛顿阐明了动量和角动量守恒的原理，提出牛顿运动定律。在光学上，他发明了反射望远镜，并基于对三棱镜将白光发散成可见光谱的观察，发展出了颜色理论。他还系统地表述了冷却定律，并研究了音速。
在数学上，牛顿与戈特弗里德·威廉·莱布尼茨分享了发展出微积分学的荣誉。他也证明了广义二项式定理，提出了“牛顿法”以趋近函数的零点，并为幂级数的研究做出了贡献。
在物理中牛顿（Newton，符号为N）是力的公制单位。它是以创立经典力学的艾萨克·牛顿（Sir Isaac Newton）命名。牛顿是一个国际单位制导出单位，它是由kg·m/s²的国际单位制基本单位导出。
力是物体之间的相互作用，这种作用能使物体的机械运动状态发生变化或使物体形状发生变化。也就是说，凡能使物体动量发生变化而获得加速度或者使物体发生变形的作用都称为力。使物体运动状态发生变化的效应叫力的动力效应，使物体产生变形的效应叫力的静力效应。
牛顿定理的重要性
1、物理学基础：牛顿定理是经典力学的基础，它揭示了物体在受到外力作用时的运动规律，为物理学的发展奠定了坚实的基础。
2、工业革命推动：牛顿定理的发现促进了工业革命的发展，为人类创造了新的技术和机器，改变了人类的生产和生活方式。
科学3、方法论：牛顿定理的发现过程体现了科学方法论的精髓，即通过观察、实验和推理来揭示自然规律，为科学研究提供了重要的方法论指导。
二、无人机旋翼的夹角为什么是九十度
一）无人机的飞行原理
旋翼和轮子一样，是一项神奇的发明。
四旋翼无人机更是化作了航拍机，满足了许多普通人关于天空的想象。
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旋翼之所以能飞，玩过竹蜻蜓的朋友应该都知道：当手力搓动给了竹蜻蜓一个旋转的速度后就会产生升力，让竹蜻蜓起飞。
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同理，多旋翼无人机也是由电机的旋转，使螺旋桨产生升力而飞起来的。比如四旋翼无人机，当飞机四个螺旋桨的升力之和等于飞机总重量时，飞机的升力与重力相平衡，飞机就可以悬停在空中了。
小时候看漫画，看到哆啦A梦和大雄头戴竹蜻蜓自由的在空中翱翔，就特别想和他们一样，可以飞翔在空中，俯瞰大地。
但是如果现在真有人发明出一模一样的竹蜻蜓，我肯定是不愿意戴的。因为飞起来的效果是这样的：
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螺旋桨疯狂旋转，人也向反方向疯狂旋转......
大雄整个人都转蒙逼了，还怎么能跟静香一起看风景呢？
根据牛顿第三定律，旋翼在旋转的同时，也会同时向电机施加一个反作用力（反扭矩），促使电机向反方向旋转。这也是为什么现在的直升机都会带一个「小尾巴」，在水平方向上施加一个力，去抵消这种反作用力，保持直升机机身的稳定。
而回到四旋翼飞行器上，它的螺旋桨也会产生这样的力，所以为了避免飞机疯狂自旋，四旋翼飞机的四个螺旋桨中，相邻的两个螺旋桨旋转方向是相反的。
如下图所示，三角形红箭头表示飞机的机头朝向，螺旋桨M1、M3的旋转方向为逆时针，螺旋桨M2、M4的旋转方向为顺时针。
当飞行时，M2、M4所产生的逆时针反作用力（反扭矩）和M1、M3产生的顺时针反作用力（反扭矩）相抵消，飞机机身就可以保持稳定，不会像大雄那样「疯狂」自转了。
不仅如此，多轴飞机的前后左右或是旋转飞行的也都是靠多个螺旋桨的转速控制来实现的：
垂直升降
这个很好理解，当飞机需要升高高度时，四个螺旋桨同时加速旋转，升力加大，飞机就会上升。当飞机需要降低高度时同理，四个螺旋桨会同时降低转速，飞机也就下降了。
之所以强调同时，是因为保持多个旋翼转速的相对稳定，对保持飞行器机身姿态来说非常重要，看了之后的讲究你就会明白了~
原地旋转
上面已经说了，当无人机各个电机转速相同，飞机的反扭矩被抵消，不会发生转动。
但是当要飞机原地旋转时，我们就可以利用这种反扭矩，M2、M4两个顺时针旋转的电机转速增加，M1、M3号两个逆时针旋转的电机转速降低，由于反扭矩影响，飞机就会产生逆时针方向的旋转。
水平移动
多轴飞机与我们平时乘坐的客机不同，没有类似客机那样垂直于地面的螺旋桨，所以无法直接产生水平方向上的力来进行水平方向上移动。
当然这难不倒我们，还拿上图的四旋翼来说，当需要按照三角箭头方向前进时，M3、M4电机螺旋桨会提高转速，同时M1、M2电机螺旋桨降低转速，由于飞机后部的升力大于飞机前部，飞机的姿态会向前倾斜。
倾斜时的侧面平视如下图，这时螺旋桨产生的升力除了在竖直方向上抵消飞机重力外，还在水平方向上有一个分力，这个分力就让飞机有了水平方向上的加速度，飞机也因而能向前飞行。
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相反的：当M1、M2电机加速、M3、M4电机减速时，飞机就会向后倾斜，从而向后飞行。
同理可得：当M1、M4电机加速，M2、M3电机减速时，飞机向左倾斜，从而向左飞行；
当M2、M3电机加速，M1、M4电机减速时，飞机向右倾斜，从而向右飞行。
这样一解释，是不是觉得多旋翼的飞行原理很简单？~
其实在多旋翼之前，人们是用更复杂的固定翼飞机和直升机来进行航拍的。
但固定翼飞机的起飞降落对场地要求非常高，也不能悬停，没法垂直上升下降，局限性太大。
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而直升机虽载重大、速度快，但是它结构非常复杂而精密，上千个零件无论是从调试还是保养方面都非常的麻烦。
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相比而言，多旋翼的飞行原理简单，机身结构也就更加简单可靠，消费者可以很快的上手飞行而不需要过多的调试和保养，因此多旋翼很快占领了航拍市场。
（二）无人机的几大系统
中学生物课我们都学过，人体可以被分为运动系统、神经系统、呼吸系统、消化系统等几大系统。
和人体一样，一架完整的多旋翼航拍无人机也可以被分为以下几大系统：飞控系统、遥控系统、动力系统、图传系统、云台、航拍相机。
飞控系统
飞行控制系统（Flight control system）可以看做无人机的大脑，飞机是悬停还是飞行、向哪个方向飞，都是由飞控下达指令的。
飞控是如何做到控制飞机保持姿态的呢？这是由于飞控包含“小脑”，也就是有数个传感器，基础的飞控包含了如下传感器：
GPS:：用于获取飞机的经纬度信息，确定自己的位置；
气压计：用于测量当前大气压，获取飞机的高度信息；
IMU：惯性测量单元，包含一个三轴加速度计和一个三轴陀螺仪，来测量飞机在三维空间中的角速度和加速度，并以此解算出物体的姿态。
指南针：用于分辨飞机在世界坐标系中的朝向，也就是把东南西北和飞机的前后左右联系起来。
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一套飞控
随着科技的发展，现在的一些航拍无人机上还加入了更多的传感器，例如超声波可在近地面测量精准高度、光流可在没有GPS的室内帮助飞机定位悬停。
用以上传感器收集到信息后，飞控会对数据进行融合，判断出飞机当下的位置、姿态、朝向等信息，然后对如何飞行进行决策。
遥控系统
遥控系统包含地面的遥控器和飞机端的接收模块。除了俯仰（pitch）、横滚（roll）、航向（yaw）、油门（throttle）两个摇杆的四个通道外，还包含了切换飞行模式、控制云台转动、控制相机拍照等功能。这些指令都会通过遥控器的发射系统，用无线信号传递给飞机，由飞机上的接收模块接收信号，
目前主流无线电信号是2.4G信号。
遥控器与接收机
动力系统
动力系统包括无人机的电调、电机、桨叶、动力电池。
电调：全称电子调速器，把动力电池提供的直流电转换为可直接驱动电机的三项交流电。电调接收飞控指令后，控制电机转速，从而实现飞机的倾角改变。
电机：目前主流电机为无刷电机，电机的作用就是通过转动，带动螺旋桨的转动，从而提供升力。
桨叶：桨叶固定在电机轴上，随电机的转动而转动，为无人机带来升力，实现飞行。
动力电池：航拍无人机目前多使用锂聚合物为动力，把数片电芯串并联在一起，为飞行提供动力。
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桨叶、电调、电机
图传系统
图传顾名思义就是把飞机上看到的图像传输到使用者面前的屏幕上，除画面外，图传也传输飞机的飞行数据。因此使用者可在显示屏、APP上看到飞机实时的图像和高度、速度信息。图传通常使用5.8G、2.4G频段。
常用的图传有模拟图传和数字图传两种，目前在航拍无人机中数字图传以质量高、传输距离远的优势更受消费者青睐。
而数字图传中，又以大疆的LightBridge技术效果最为拔群，不过最近以色列的Amimon CONNEX公司也推出了低延时的数字图传，不知道效果怎样呢？
图传系统
云台
如果有尝试过手持手机步行录像就会发现画面存在抖动，飞机机身的晃动也会带来画面的抖动，为了消除抖动，就有了云台。云台通过三轴加速度计和三轴陀螺仪中获取数据，并计算出倾角，反向修正位置来维持相机画面的水平。
三轴云台可消除各方向上的抖动，为此云台上有三个电机，如飞机向右倾斜，云台向左反向倾斜，与地面保持相对水平，从而实现画面增稳。
