《無人機飛行原理》教案 項目5：旋翼無人機的飛行品質(zhì)與飛行性能2

課時教學教案課程:無人機飛行原理任課教師:XXX授課題目旋翼無人機的穩(wěn)定性和操縱性教學形式雙師共課時授課班級授課日期教學目的掌握旋翼無人機穩(wěn)定性的概念。能夠理解旋翼無人機靜穩(wěn)定和動穩(wěn)定性及影響因素。旋翼無人機的操縱。重點1、無人直升機的靜穩(wěn)定性和動穩(wěn)定性。2、無人直升機安定性分析、操縱行。難點1、直升機穩(wěn)定力矩的產(chǎn)生。2、影響無人直升機安定性、操縱性的因素。課堂結(jié)構(gòu)及時間分配復習引入………………..…（5分鐘）教學內(nèi)容旋翼無人機穩(wěn)定性……………………..（40分鐘）旋翼無人機的操縱性…………………..（40分鐘）課后體會…………………..…（5分鐘）i教學過程及教學內(nèi)容[復習引入]引入：自動傾斜器的工作原理。直升機的旋翼由槳轂和槳葉組成，槳轂由發(fā)動機經(jīng)過傳動機構(gòu)帶動旋轉(zhuǎn)。槳葉與槳轂的連接通常由3個關(guān)節(jié)實現(xiàn)。這3個關(guān)節(jié)分別是水平關(guān)節(jié)（揮舞絞）、垂直關(guān)節(jié)（擺振鉸）和軸向關(guān)節(jié)（變距鉸）。[教學內(nèi)容]5.2.1旋翼無人機的穩(wěn)定性旋翼無人機穩(wěn)定性概念穩(wěn)定是在平衡的前提下定義的，穩(wěn)定性通常是指旋翼無人機保持固有運動狀態(tài)或抵制外界擾動的能力。旋翼無人機的靜穩(wěn)定性：平衡狀態(tài)被破壞瞬間的旋翼無人機運動趨勢，稱作旋翼無人機的靜穩(wěn)定性。旋翼無人機的動穩(wěn)定性：動穩(wěn)定性是指作定常飛行的旋翼無人機受到擾動而偏離其平衡狀態(tài)后，在由此而產(chǎn)生的力和力矩作用下所發(fā)生的運動性質(zhì)。旋翼無人機的穩(wěn)定性縱向穩(wěn)定性（1）對速度的凈穩(wěn)定性：旋翼無人機偶然受到干擾后，使飛行速度發(fā)生變化，如果出現(xiàn)新的附加力矩，使之自動恢復原來的速度，則旋翼無人機按速度是靜穩(wěn)定的；反之，按速度是靜不穩(wěn)定的。（2）對槳盤迎角的靜穩(wěn)定性：旋翼無人機偶然受到干擾后，迎角發(fā)生了變化，如受到干擾后抬頭，如果出現(xiàn)新的附加低頭力矩，使之自然趨于恢復原來的迎角，則旋翼無人機按迎角是靜穩(wěn)定的；反之如果出現(xiàn)附加力矩是抬頭力矩，使機身進一步抬頭，則按迎角是靜不穩(wěn)定的。2.旋翼無人機的縱航向靜穩(wěn)定性當旋翼無人機偶然受到干擾偏離原來航向后，在初始時若能產(chǎn)生恢復力矩，則旋翼無人機是航向靜穩(wěn)定的；反之，則是航向靜不穩(wěn)定的。3.旋翼無人機的縱橫向穩(wěn)定性旋翼無人機在偶然受到干擾后，橫向平衡狀態(tài)遭到破壞，旋翼無人機發(fā)生側(cè)傾，這時會出現(xiàn)側(cè)滑。例如當旋翼無人機向右傾斜時，右傾的旋翼氣動力使旋翼無人機向右移動，即出現(xiàn)右側(cè)滑。若此時出現(xiàn)新的左滾力矩來消除向右側(cè)滑，即具有自動恢復原來橫向平衡狀態(tài)的趨勢，則旋翼無人機是橫向靜穩(wěn)定的；反之則是橫向靜不穩(wěn)定的。的。旋翼無人機的動穩(wěn)定性概念：旋翼無人機的動穩(wěn)定問題，研究的是旋翼無人機受擾后的飛行狀態(tài)的動態(tài)過程，是一個非定常問題，對于受擾運動的全過程分析，要進行復雜的數(shù)學運算。改善動穩(wěn)定的措施：增加旋翼的阻尼、安裝平尾、增穩(wěn)電子系統(tǒng)。旋翼無人機的阻尼旋翼無人機在受擾轉(zhuǎn)動之后還可能出現(xiàn)一種阻滯轉(zhuǎn)動的力矩，通常稱為阻尼。旋翼無人機的阻尼主要來自旋翼和尾槳。旋翼無人機的縱向阻尼：旋翼無人機的縱向阻尼主要來自旋翼。阻尼與角速度有關(guān)，阻尼對穩(wěn)定性起著重大作用，在構(gòu)造上增加阻尼的方法。旋翼無人機的航向阻尼：對于單旋翼帶尾槳式旋翼無人機，航向阻尼主要來自尾槳。旋翼無人機的橫向阻尼：對于單旋翼帶尾槳式旋翼無人機，橫向阻尼主要受到旋翼和尾槳的影響。5.2.2旋翼無人機的操縱性一、基本概念操縱性：自動駕駛儀通過伺服機構(gòu)對旋翼無人機施加力和力矩，以保持旋翼無人機在陣風的空氣中處于定常飛行狀態(tài)，或者完成所希望的機動飛行能力。穩(wěn)定性：是旋翼無人機的一種運動屬性，是指旋翼無人機保持固有運動狀態(tài)或抵制外界擾動的能力。操縱性是研究旋翼無人機在自動駕駛儀操縱后的飛行狀態(tài)改變的動態(tài)過程。操縱特性與操縱輸入量有關(guān)，該操縱輸入控制著旋翼無人機從某一種飛行狀態(tài)過渡到另一種飛行狀態(tài)。操縱力矩：航向操縱力矩——自動駕駛儀通過伺服機構(gòu)改變尾槳槳距來實現(xiàn)；縱向和橫向操縱力矩——通過自動傾斜器的傾斜角來實現(xiàn)。特點：旋翼無人機對各自由度的控制并非彼此獨立；旋翼無人機對操縱的響應存在各軸之間的嚴重耦合；旋翼無人機響應滯后較大。二、旋翼無人機的操縱方式單旋翼帶尾槳旋翼無人機的操縱方式與固定翼無人機操縱方式對比固定翼無人機各運動軸的操縱面彼此獨立，升降舵提供俯仰力矩，方向舵產(chǎn)生偏航力矩，副翼差動使無人機滾轉(zhuǎn)，螺旋槳拉力或噴氣推力使無人機前進，它們各司其職，互不干擾。而且固定翼無人機的主升力面（機翼）不參與操縱。?這些優(yōu)點使無人機的操縱特性遠優(yōu)于旋翼無人機。雙旋翼無人機操縱方式雙旋翼無人機沒有尾槳，全部飛行操縱皆由旋翼執(zhí)行；每一副旋翼都有一套自動傾斜器，均可進行周期變距，以改變每一副旋翼的拉力和傾斜方向；利用兩副旋翼拉力變化的組合，實現(xiàn)旋翼無人機的飛行操縱。多旋翼無人機操縱方式[課堂小結(jié)]本節(jié)課重點理解旋翼無人機的平衡性的重要性，掌握無人直升機和多旋翼無人機的操縱方式，其實這部分和旋翼無人機的飛行原理密切相關(guān)。[課后體會]無人直升機的