1. แรงที่ทำให้โดรนลอย

โดรนไม่มีปีก ไม่มีล้อ และไม่มีหางเสือ สิ่งเดียวที่มันทำได้คือ ใช้ใบพัดผลักอากาศลง ทุกอย่างที่ตามมา ลอยขึ้น ลอยนิ่ง เดินหน้า เลี้ยว ล้วนมาจากแรงเพียงสองอย่างที่คุณจะเห็นในหน้านี้

ลอยนิ่ง = แรงสองฝั่งเท่ากันCopy Anchor Link

มีแรงสำคัญสองแรงที่ดึงโดรนขึ้นและลง

• น้ำหนัก (Weight, W) โลกดึงโดรนลงเสมอ ค่า = มวล × g โดย g ≈ 9.81 m/s²
• แรงยก (Thrust, T) ใบพัดตีอากาศลง อากาศดันโดรนขึ้นกลับ ชี้ขึ้นเสมอเมื่อโดรนตั้งตรง

ถ้า T มากกว่า W โดรนไต่ขึ้น ถ้า T น้อยกว่า W โดรนจมลง ตัวควบคุมการบิน (Flight Controller) เร่งหรือหน่วงรอบมอเตอร์ตลอดเวลาเพื่อรักษาให้ T ≈ W เมื่อเราสั่งให้ "ค้างที่ความสูงนี้"

คำนวณจากโดรนของชมรมCopy Anchor Link

RCSA EDU หนัก 310 กรัม (ตามสเปกของผู้ผลิต รวมแบตเตอรี่)

W = m × g
  = 0.310 kg × 9.81 m/s²
  ≈ 3.04 นิวตัน

มอเตอร์มี 4 ตัว ลอยนิ่งต้องช่วยกันออกแรงรวม 3.04 N ตกตัวละประมาณ 0.76 N หรือราว 77 กรัมแรง (ผลักเท่ากับยกของหนัก 77 กรัม) เมื่อติดชุดปล่อยลูกบอลและลูกบอลอีก 20 ลูก น้ำหนักเพิ่มขึ้น แรงยกที่ต้องใช้ก็เพิ่มตาม ลองกรอกเลขดู

เอียงตัวเพื่อเดินหน้าCopy Anchor Link

โดรนเคลื่อนที่ไปข้างหน้าโดย เอียงตัวลง แรงยกจะตั้งฉากกับตัวโดรนเสมอ พอตัวเอียง แรงยกก็เอียงตามไปด้วย แล้วแตกออกเป็นสองส่วน

• ส่วนที่ชี้ขึ้น T cos θ ต้องเท่ากับน้ำหนักเหมือนเดิม ไม่งั้นโดรนจะตก
• ส่วนที่ชี้ไปข้างหน้า T sin θ คือแรงที่ทำให้โดรนเร่ง

สองข้อนี้ทำให้ได้สูตรที่ใช้ได้จริง

ต้องออกแรงยกรวม   T = W / cos θ
แรงไปข้างหน้า      F = W × tan θ
ความเร่ง           a = F / m = g × tan θ

ตัวอย่าง: เอียง 10°Copy Anchor Link

T = 3.04 / cos 10°  = 3.09 N      (ต้องออกแรงมากขึ้นแค่ 1.5%)
F = 3.04 × tan 10°  = 0.54 N
a = 9.81 × tan 10°  = 1.73 m/s²

เอียงแค่ 10° โดรนก็เร่งได้ 1.7 เมตรต่อวินาทียกกำลังสอง ภายใน 1 วินาทีจะเร็วถึงราว 1.7 m/s ซึ่งเกือบเท่าความเร็วแนวราบสูงสุดของ RCSA EDU (2 m/s ตามสเปก) นี่คือเหตุผลที่คำสั่ง fw() ของชมรมใช้ความเร็วต่ำ โดรนจึงเอียงน้อยและหยุดได้ทัน

ตัวอย่าง: เอียงสูงสุด 35°Copy Anchor Link

a = 9.81 × tan 35° = 6.87 m/s²   (ในทางทฤษฎี ยังไม่นับแรงต้านอากาศ)
T = 3.04 / cos 35° = 3.71 N      (ต้องออกแรงเพิ่ม 22%)

ยิ่งเอียงมาก ยิ่งต้องออกแรงมอเตอร์เพิ่มเพื่อไม่ให้ตก และถ้าเอียงจนถึง 90° (ตะแคงฉาก) แรงยกจะไม่เหลือส่วนที่ต้านน้ำหนักเลย โดรนไม่มีทางลอยค้างตะแคงได้

แรงต้านอากาศCopy Anchor Link

ทันทีที่โดรนเริ่มเร็ว อากาศจะดันกลับ แรงต้านอากาศ (Drag) ซึ่งโตขึ้นตามความเร็วยกกำลังสอง จึงมีจุดที่แรงต้านเท่ากับแรงไปข้างหน้า ความเร่งเป็นศูนย์ และโดรนบินด้วยความเร็วคงที่ ไม่เร็วขึ้นอีก นี่คือเหตุผลที่โดรนเอียงตัวคงที่ได้โดยความเร็วไม่เพิ่มไปเรื่อยๆ

แรงยกมาจากไหน (ลองมองง่ายๆ)Copy Anchor Link

ใบพัดไม่ได้ "ดึง" โดรนขึ้น ใบพัดผลักอากาศก้อนหนึ่งลงด้วยความเร็วสูง ตามกฎข้อสามของนิวตัน อากาศก้อนนั้นผลักใบพัดกลับด้วยแรงเท่ากัน

แรงยก ≈ มวลอากาศที่ถูกผลักต่อวินาที × ความเร็วที่ผลักลง

เช่นแรงยก 3 N เกิดจากผลักอากาศ 0.1 กิโลกรัมทุกวินาทีด้วยความเร็ว 30 เมตรต่อวินาที (เหมือนมือที่ยื่นออกนอกหน้าต่างรถที่วิ่ง 100 กม./ชม. แล้วรู้สึกถูกดัน) ตัวเลขนี้เป็นภาพประกอบให้เห็นหลักการ ไม่ใช่ค่าที่วัดจาก RCSA EDU

ลองทำCopy Anchor Link

1. คำนวณน้ำหนักโดรนตอนติดชุดปล่อยลูกบอล (ชั่งจริง) แล้วหาแรงยกที่ต้องใช้ต่อมอเตอร์ 1 ตัว
2. ถ้าโดรนเอียง 20° ต้องออกแรงยกรวมเพิ่มกี่เปอร์เซ็นต์ (คำตอบ: 1/cos 20° ≈ 1.064 → เพิ่ม 6.4%)
3. ดูในตัวจำลอง: คำสั่ง fw(250) ใช้เวลาประมาณ 3.9 วินาที (250 × 15.46 ms) ความเร็วเฉลี่ยจะได้ราว 65 ซม./วินาที เทียบกับความเร็วสูงสุด 2 m/s ในสเปก ช้ากว่าเพราะชมรมเลือกความเร็วระดับ 2 ไม่ใช่สูงสุด

ที่ต้องรู้ไว้Copy Anchor Link

• ตัวเลขสเปก (310 กรัม, 2 m/s, 35°) มาจากคู่มือผู้ผลิต ค่าจริงของโดรนแต่ละตัวต่างกันเล็กน้อย
• สูตรในหน้านี้ละแรงต้านอากาศและแรงรบกวนอื่น ใช้เข้าใจหลักการ ไม่ใช่ทำนายผลละเอียด