STM32实现水下四旋翼（一）飞行原理
作者：互联网
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一. 引言
飞行是人类孜孜以求的梦想。从庄子的"御风而行"、"扶摇而上"到武侠神鬼小说中的轻功、御剑飞行，各种文字、图腾都满含飞行的朴素理想，据说每个大男孩心中都有一个飞天梦。对于一个理工科的大男孩来说，制造一个飞机恐怕是更有诱惑力吧！网络时代知识共享，开源社区的盛行让这不再是难事，事实上你想学，大把的资源可供利用。当你打开一扇门，展现在你眼前的是一个世界、一个全新的世界，学习不再枯燥痛苦，反而变得那么的生动、有趣。我希望看到我的文章的小伙伴，都能放下对于理论、技术的畏惧，随着兴趣走、随着初心走。我们一起学习、一起进步~
上一篇我写了第一个系列文章《STM32实现四驱小车》，分为五篇完成。从这一篇开始是我的第二个系列文章《STM32实现水下四旋翼》，计划用大概12篇讲好这个故事，希望用更为生动、更为翔实的内容与表述，呈现稍稍复杂的理论与代码。如果认真看过我的《STM32实现四驱小车》系列文章，会发现新的水下四旋翼系列文章与小车系列非常相似。事实上，如我之前所说，水下四旋翼与小车是同一套代码框架，它们是一个递进关系。为了让我的文章都更为独立，部分内容可能与之前重复，如果有小伙伴发现了见谅哈。
二. 常见飞行器分类
常见的小型飞行器主要分为三类，如图所示
固定翼飞行器：固定翼飞机由推力系统产生前向的空速，当飞机高速前进时，由于气流作用在翼面上产生升力从而平衡飞行器的重力。固定翼依靠水平舵面、垂直舵面（副翼、水平尾翼、垂直尾翼等）的掠角调节滚转运动、俯仰运动以及偏航运动，航向通常是滚转和俯仰运动组合来调节。固定翼飞行器的优点是结构简单、飞行距离更长、耗能更少，缺点是起飞和降落时需要跑道或弹射器，不能垂直起降。
单旋翼直升机：直升机是一种升力由旋翼直接提供的旋翼飞行器。单旋翼直升机有四个控制输入，分别是周期变距杆、总距操纵杆、脚蹬和油门，其中总距操纵杆控制旋翼的迎角（或攻角）。为了解决单个旋翼旋转时对直升机造成的自旋效应，通常在尾部增加水平桨来抵消自旋，在转弯时也可以通过尾桨增加扭矩。单旋翼直升机的优点是垂直起降，缺点是续航时间短，机械结构复杂、维护困难、飞行速度慢。
多旋翼飞行器：多旋翼飞行器可以看成一类有三个或者更多螺旋桨的直升机，同时具有垂直起降的能力，最常见的是四旋翼。四旋翼通过控制旋翼的转速从而实现升力的快速调节，多旋翼结构具有对称性，所以螺旋桨之间的反扭矩可以相互抵消。多旋翼与四旋翼的区别只在于拉力和力矩分配给每个螺旋桨的方法不同，本质上是一样的。多旋翼的优点是操纵简单、可靠性高、维护成本低、可垂直起降，缺点是承载和续航时间差。
目前多旋翼飞行器非常流行，算法相对成熟，可以快速构建起软件和硬件方案。本系列文章就基于四旋翼的原理设计制作一个四旋翼水下航行器。
三. 一点解释：为什么写水下四旋翼要写飞行原理
那么为什么写水下四旋翼要写飞行原理呢，我们大可以把水下航行器在水中的运动类比于无人机在空中的运动，除了水和空气的阻力、升力系数不同之外，它们的性质是一样的，算法完全可以通用。想看四旋翼设计与实现的不要划走，你会发现都是通用的。当然，水和空气两种流体的性质截然不同，决定了水下四旋翼和空中四旋翼的控制效果和操纵性能是大不相同的，这一点后面我会介绍。下一篇我们介绍搭建水下航行器需要的硬件和软件准备。
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