飞行原理：多旋翼如何在空中保持静止

螺旋桨把空气向下推，作为反作用力获得向上的推力。推力大致与旋翼转速的平方和空气密度成正比，直径越大，产生推力的效率越高（T = C_T × ρ × n² × D⁴，其中 ρ 为空气密度，n 为旋翼转速，D 为直径）。在高海拔或炎热天气下空气更稀薄，旋翼必须转得更快才能承载同样的重量。

悬停是四个（或更多）旋翼的总推力恰好与重量 mg 平衡的状态——在四旋翼上，每个旋翼承担 mg ÷ 4。检查相机或接触式传感器越重，旋翼转得越快，留给爬升或抗阵风的推力余量就越少。检查飞行器的设计，就是一场围绕这一余量的较量。

多旋翼没有操纵面。所有运动都来自电机之间的转速差。前方电机略微减速、后方电机加速，飞行器便向前俯仰；推力向前倾斜，飞行器随之加速（图中的 T·sinθ）。横滚的原理相同。要停下来，它就向反方向倾斜以制动。

偏航的原理不同。旋转的螺旋桨会产生反扭矩，试图使机身朝相反方向旋转。在四旋翼上，一对对角线上的旋翼顺时针旋转，另一对逆时针旋转，扭矩相互抵消。在保持总推力不变的前提下，让一对加速、另一对减速，剩下的就只有扭矩的不平衡——飞行器便原地旋转。

多旋翼是一种天生不稳定的飞行器，若放任不管，几秒钟内就会翻倒。飞控通过串级控制让它保持稳定。由外向内，它依次设定位置、速度、姿态、机体角速率的目标；最内层的角速率环读取陀螺仪数据并向电机发出指令。大多数环节是 PID 控制器（按误差的大小 P、误差的累积 I 和误差的变化速度 D 进行纠正），或者更简单的纯 P 环节（例如在 PX4 中，位置环用 P，速度环和角速率环用 PID）。

诀窍在于内环运行得更快。姿态误差会在一瞬间增大，因此角速率环每秒运行数百次以上，而位置环可以慢得多。混控器把“绕这个轴转这么多”重新分配为各个电机的转速。调参不佳的问题会在结构物附近暴露出来：飞行器要么对微小扰动反应过度，要么响应太慢而发生漂移。

飞行器在翻倒前自行稳住的那种手感，动手比读书学得更快。到在浏览器中飞越世界地图（Airffic Simulation，日语）试试摇杆吧。

控制的前提是飞行器知道自己当前的状态。没有哪一种传感器可以单独信赖，因此要把特性各异的传感器融合起来——通常用扩展卡尔曼滤波器（EKF）——同时估算位置、速度、姿态，甚至传感器的偏差。

EKF 分工明确：用 IMU 快速预测，用其他所有传感器缓慢修正。关键在于它能否识别并剔除“撒谎”的传感器。如果桥下的多路径效应使 GNSS 发生跳变，或者钢梁使罗盘偏斜，而滤波器仍然信任它们，飞行器就可能径直漂向结构物。请参阅 GNSS 拒止环境、磁干扰以及下一章导航。

想从头了解 GNSS、气压计和罗盘各自的作用，请参阅无人机如何知道自己在哪里的入门课（Tobira，日语）。

在风中，无人机靠迎风倾斜来保持位置。风越强，倾角越大，分到横向的推力就越多——留给爬升或转向的余量更少，电池也耗得更快。制造商标注的“最大抗风”是在开阔空域保持姿态的参考值，并不承诺它能在紊流中贴近结构物拍摄。

结构物会使风弯折、分离并脱落成漩涡。在桥墩背后、建筑物转角和风机塔筒下风处，阵风方向会突然改变。飞行器必须先测到漂移才能纠正，因此总有滞后——而在这段滞后中漂移的距离，决定了与结构物之间的最小间距。请参阅风与紊流。

同样的风，从载货的角度看又是另一番景象。可对照悬停与风如何侵蚀配送航程（Airffic Logistics）。

当地面、天花板或墙壁靠近旋翼时，气流会改变，推力也随之改变。检查的本质就是贴近结构物，因此这一点无法回避。

多旋翼仅仅为了留在空中就要消耗功率。悬停功率的增长快于重量的增长，因此增加电池也会增加举起这块电池所需的功率——这是一个与生俱来的两难。锂电池每千克储存的能量远少于燃油，典型的检查用多旋翼最多只能飞几十分钟。

• 低温：低温会降低可用功率并引起电压骤降。起飞前预热电池。低温与结冰
• 风与重量：强风、重载荷和频繁爬升会使电池消耗快于预估。
• 回程：在 GNSS 信号弱的区域或结构物深处，返航需要更长时间。按返航所需来设定预留电量阈值。
• 电池健康：容量会随循环次数和存放而衰减。为每块电池保留记录。

如果您想在选购检查飞行器之前，用数字了解给定载荷和电池能让您在空中停留多久，可以根据机身质量和电池估算悬停时间（Airffic Architect）。其结果来自系数模型，而非推力台架测量，请将两者区分开来。

固定翼飞行器靠前飞速度产生升力（升力 = ½ × 空气密度 × 速度² × 机翼面积 × 升力系数）。它不需要旋翼转动来维持高度，因此同样的能量能飞得远得多——非常适合管道、输电线、铁路和堤防等长达数十公里的线状资产。但它无法停下来贴近观察。

飞行长线路几乎总是意味着超视距（BVLOS）运行。障碍通常在于空域协调和运行程序，而非飞行器本身——这一话题在远程与超视距运行中继续。