《無人機(jī)飛行原理》教案全套 項(xiàng)目1-6：大氣飛行環(huán)境 -復(fù)合翼無人機(jī)

課時(shí)教學(xué)教案課程:無人機(jī)飛行原理任課教師:XXX授課題目大氣飛行環(huán)境教學(xué)形式共課時(shí)授課班級(jí)授課日期教學(xué)目的1、什么是無人機(jī)飛行環(huán)境。2、大氣飛行環(huán)境的組成、分層及各層的特點(diǎn)。3、風(fēng)、云、濃霧、結(jié)冰等對(duì)飛機(jī)飛行的影響。4、具有對(duì)飛行環(huán)境判斷其安全性的能力。重點(diǎn)1、大氣飛行環(huán)境及其組成。2、大氣基本物理特性：溫度、密度、壓強(qiáng)。難點(diǎn)1、大氣飛行環(huán)境對(duì)飛機(jī)飛行的影響。2、具有安全飛行的意識(shí)。課堂結(jié)構(gòu)及時(shí)間分配復(fù)習(xí)引入………………..……（10分鐘）教學(xué)內(nèi)容大氣組成及垂直分布………………..（50分鐘）大氣的基本氣象要素………………...（50分鐘）流體流動(dòng)的基本概念和規(guī)律………...（60分鐘）課堂小結(jié)…………………….（10分鐘）課后體會(huì)教學(xué)過程及教學(xué)內(nèi)容[復(fù)習(xí)引入]機(jī)翼為什么能產(chǎn)生升力呢？其一是因?yàn)闄C(jī)翼特殊的形狀，其二是無人機(jī)飛行的介質(zhì)是大氣。所以有時(shí)候說無人機(jī)是靠天吃飯的。學(xué)習(xí)本節(jié)的重要性：只有了解和掌握了大氣的特性和變化規(guī)律，并設(shè)法克服或減少飛行環(huán)境對(duì)無人機(jī)的影響，才能保證無人機(jī)安全可靠地飛行。[教學(xué)內(nèi)容]任務(wù)1大氣的組成及垂直分布一、大氣組成1.定義：大氣層,簡(jiǎn)稱大氣,是因重力關(guān)系而圍繞著地球的一層混合氣體，它包圍著海洋和陸地,在離地表2000~16000km高空仍有稀薄的氣體和基本粒子。在地下、土壤和某些巖石中也會(huì)有少量氣體,它們也可被視為大氣圈的組成部分。2.組成：干空氣、水分、粉塵顆粒組成。（1）干潔空氣（2）水分：低層大氣的重要成分，含量較少，占0.4%，含量變化最大的氣體，參與水循環(huán)。（3）粉塵顆粒物：懸浮在大氣中的固態(tài)、液態(tài)的微粒；來源于有機(jī)物燃燒、揚(yáng)塵、細(xì)菌微生物等；集中在大氣底層；影響大氣溫度變化。二、大氣分層對(duì)流層：集中了整個(gè)大氣3/4的質(zhì)量和幾乎全部的水汽，通過對(duì)流和湍流運(yùn)動(dòng)，云、霧、雨雪等主要大氣現(xiàn)象發(fā)生在此層。平流層：從對(duì)流層頂?shù)?0～55KM高度的一層稱為平流層，也稱“同溫層”。中間層：位于平流層之上，距地球表面50~85km。電離層：位于中間層之上及散逸層之下，其頂部離地面約800km。散逸層：距地平面800km以上，空氣稀薄，向星際空間逃逸，是地球和外太空的分界。任務(wù)2大氣基本氣象要素一、大氣基本氣象要素1.大氣溫度大氣溫度簡(jiǎn)稱氣溫,表示大氣的冷熱程度。大氣的冷熱程度,實(shí)質(zhì)上也是大氣分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的一種表現(xiàn)。氣體的溫度越高,分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的速度越大,分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能也越大。大氣溫度與高度的關(guān)系:在不考慮逆溫現(xiàn)象的情況下,高度越高,氣溫就越低。對(duì)流層內(nèi)，大約高度每上升1km,氣溫下降6.5℃。對(duì)流層內(nèi),離地面越高,空氣所得到的熱量就越少，溫度也就越低,即溫度隨高度的增加而遞減。2.大氣壓力大氣壓力是指大氣層內(nèi)空氣的壓強(qiáng),即物體單位面積上承受的空氣垂直作用力?？諝鈱?duì)物體表面產(chǎn)生壓力的原因有兩個(gè):一個(gè)是上層空氣的重力對(duì)下層空氣造成的壓力,所以在垂直高度上,隨著高度的升高,空氣壓力逐漸減小;另一個(gè)是空氣分子的不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)使空氣分子彼此相互碰撞、與容器壁相互碰撞而產(chǎn)生的力,所以在同一高度上,由于空氣溫度不同,空氣的壓力也是不均勻的。大氣壓力與高度的關(guān)系:大氣壓力隨高度增加而遞減。在近海平面1000hPa附近,高度每上升約10m,氣壓下降1hPa;在500hPa(5500m)附近,高度每上升約20m,氣壓下降lhPa;在200hPa(12000m)附近,高度每上升約30m,氣壓下降1hPa。這些在航空上可用來決定飛行器飛行的高度。3.大氣濕度空氣濕度是用來量度空氣中水汽含量多少或空氣干燥潮濕程度的物理量。空氣中\(zhòng)t"/item/%E6%B9%BF%E5%BA%A6/_blank"液態(tài)或\t"/item/%E6%B9%BF%E5%BA%A6/_blank"固態(tài)的水不算在濕度中。不含水蒸氣的空氣被稱為\t"/item/%E6%B9%BF%E5%BA%A6/_blank"干空氣。由于大氣中的水蒸氣可以占空氣體積的0%到4%，一般在列出空氣中各種氣體的成分的時(shí)候是指這些成分在干空氣中所占的成分。在一定的溫度下在一定體積的空氣里含有的水汽越少，空氣越干燥；水汽越多，空氣越潮濕?？諝獾母蓾癯潭冉凶觥皾穸取薄Ｃ芏却髿饷芏仁菃挝惑w積內(nèi)的空氣質(zhì)量，即空氣稠密的程度。氣溫、氣壓和濕度的變化都會(huì)對(duì)飛行性能和儀表指示帶來一定影響，這種影響主要是通過它們對(duì)大氣密度的影響實(shí)現(xiàn)的。氣象對(duì)飛行的影響影響無人機(jī)飛行的氣象因素：風(fēng)、云、雨、霧、結(jié)冰等。結(jié)冰對(duì)無人機(jī)飛行的影響（1）什么是飛機(jī)結(jié)冰？飛機(jī)在含有過冷卻水滴的云或雨中飛行時(shí)，如果飛機(jī)機(jī)體的表面溫度低于零度，過冷卻水滴撞在機(jī)體上就會(huì)立即凍結(jié)累積起來，這種現(xiàn)象叫做飛機(jī)結(jié)冰。（2）飛機(jī)結(jié)冰程度主要取決于什么？主要取決于云層溫度、液態(tài)水含量、水滴直徑和云層范圍等。（3）飛機(jī)結(jié)冰對(duì)飛行的影響：機(jī)翼、尾翼前緣結(jié)冰會(huì)使翼型改變、升力降低，破壞操縱性能；進(jìn)氣道前緣結(jié)冰則會(huì)導(dǎo)致進(jìn)氣不暢，影響發(fā)動(dòng)機(jī)推力；螺旋槳槳葉結(jié)冰會(huì)造成螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)失去平衡，產(chǎn)生振動(dòng)和擺動(dòng)現(xiàn)象；空速管或天線結(jié)冰會(huì)影響儀表的指示，甚至使無線電及雷達(dá)信號(hào)失靈；飛機(jī)操縱面、剎車及起落架結(jié)冰，會(huì)影響其正常操縱功能。濃霧與低能見度對(duì)飛行的影響濃霧降低了人類眼睛所能看到的距離，飛行員在低能見度情況下，起降時(shí)很難看清跑道，因此對(duì)起飛和著陸帶來嚴(yán)重的影響。云對(duì)飛行的影響云的明暗不均容易使飛行員產(chǎn)生錯(cuò)覺；云中湍流會(huì)造成飛機(jī)顛簸；云中的過冷水滴會(huì)使飛機(jī)積冰；云中的雷電會(huì)損壞飛機(jī)；云底很低的云會(huì)影響飛機(jī)的起飛和降落。五雷暴對(duì)飛行的影響會(huì)產(chǎn)生對(duì)飛機(jī)危害很大的電閃雷擊和冰雹襲擊；雷暴產(chǎn)生的風(fēng)切變和湍流會(huì)使飛機(jī)顛簸、性能降低；強(qiáng)降雨使飛機(jī)氣動(dòng)性能變差、發(fā)動(dòng)機(jī)熄火；閃電還會(huì)對(duì)地面的導(dǎo)航和通信設(shè)備造成干擾與破壞。風(fēng)對(duì)飛行的影響為什么飛機(jī)起飛降落的時(shí)候通常會(huì)選擇逆風(fēng)起飛？（1）可獲得較大的升力和阻力，縮短滑跑距離，增加飛機(jī)的載重，并增大飛機(jī)開始時(shí)的穩(wěn)定性和操縱性。（2）飛機(jī)著陸時(shí)還需要考慮飛機(jī)允許的最大跑道側(cè)風(fēng)。三、大氣物理性質(zhì)1.空氣的黏性空氣的黏性是空氣在流動(dòng)過程中表現(xiàn)的一種物理性質(zhì),大氣的黏性力是相鄰大氣之間相互運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的牽扯作用力,即大氣的內(nèi)摩擦力?？諝夥肿拥牟灰?guī)則運(yùn)動(dòng),是造成空氣黏性的主要原因。相鄰兩層空氣之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相互牽扯的作用力,這種作用力叫作空氣的黏性力?？諝獾膲嚎s性當(dāng)空氣流過物體時(shí),在物體周圍各處,氣流速度會(huì)有增大或減小的變化,氣體壓力會(huì)有減小或增大的變化,因此,氣體密度會(huì)有減小或增大的變化。這就是空氣具有壓縮性的體現(xiàn)。空氣流動(dòng)速度不大時(shí),空氣的壓縮性表現(xiàn)不明顯,但當(dāng)空氣的流動(dòng)速度較大時(shí),由速度變化所引起的壓力和密度的改變就相當(dāng)可觀。5.流體模型化（1）理想流體。忽略流體黏性作用的流體，稱為理想流體?？諝饬鬟^飛機(jī)時(shí)，一般只在貼近飛機(jī)表面的地方(附面層)考慮空氣黏性的影響，其他地方則按理想流體處理。（2）不可壓流體。忽略流體密度的變化，認(rèn)為其密度為常量的流體，稱為不可壓流體空氣流過飛機(jī)時(shí)，密度要發(fā)生變化，其變化量的大小取決于Ma的大小。（3）絕熱流體。不考慮熱傳導(dǎo)性的流體，稱為絕熱流體。任務(wù)3流體流動(dòng)的基本概念和規(guī)律一、空氣的相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理1.流體模型化（1）理想流體：忽略氣體分子的自身體積，將分子看成是有質(zhì)量的幾何點(diǎn)；假設(shè)分子間沒有相互吸引和排斥，即不計(jì)分子勢(shì)能，分子之間及分子與器壁之間發(fā)生的碰撞是完全彈性的，不造成動(dòng)能損失。當(dāng)空氣流過固定翼無人機(jī)時(shí)，一般只在貼近固定翼無人機(jī)附面層考慮空氣黏性的影響，其他地方則按理想流體處理。在確定固定翼無人機(jī)表面的壓力分布及升力問題時(shí)，可以將流體看作理想氣體。在研究無人機(jī)阻力問題時(shí)，需要考慮流體黏性的影響因素。（2）不可壓流體：忽略流體密度的變化,認(rèn)為其是密度為常量的流體。空氣流過固定翼無人機(jī)時(shí)，密度要發(fā)生變化,其變化量的大小取決于馬赫數(shù)。當(dāng)馬赫數(shù)小于0.4時(shí)我們可以忽略流體密度的變化，而把流體視為不可壓縮流體?？紤]密度變化的流體則稱為可壓流體，當(dāng)馬赫數(shù)大于0.4時(shí)，必須考慮流體密度變化對(duì)流動(dòng)參數(shù)的影響。（3）絕熱流體：不考慮熱傳導(dǎo)性的流體。當(dāng)空氣低速流動(dòng)時(shí)，除了專門研究熱問題外，一般不考慮空氣的熱傳導(dǎo)性，認(rèn)為空氣流過固定翼無人機(jī)時(shí)溫度是不變的；當(dāng)空氣高速流動(dòng)時(shí)，則要考慮空氣熱傳導(dǎo)性的影響，即要考慮溫度的變化對(duì)流體的影響。2.相對(duì)氣流◎相對(duì)氣流就是空氣相對(duì)飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)?！蛳鄬?duì)氣流方向與飛機(jī)運(yùn)動(dòng)方向相反?！蛑灰鄬?duì)氣流速度相同產(chǎn)生的空氣動(dòng)力也就相同?！蛳鄬?duì)氣流方向的判斷:與飛機(jī)運(yùn)動(dòng)的方向相反。流線和流線譜（1）流線是為了描述流體運(yùn)動(dòng)而引入的一條假想曲線,即流場(chǎng)中的一條空間曲線。在該曲線上，每點(diǎn)的流體微團(tuán)的速度與曲線在該點(diǎn)的切線重合。（2）流線譜：流線譜是所有流線的集合。流線譜反映了流體流過物體時(shí)的流動(dòng)情況。流線譜的形狀主要由物體的外形、物體與氣流的相對(duì)位置決定。（3）流管：由許多流線圍成的管狀曲面稱為流管。由于流管表面是由流線圍成的，因此流線不能穿出或穿入流管表面。流管好像剛體管壁一樣把流體運(yùn)動(dòng)局限在流管之內(nèi)或流管之外，就像真實(shí)的管子一樣。二維流線譜中，兩條流線表示一根流管。兩條流線間的距離縮小，就說流管收縮或變細(xì)；兩條流線間的距離增大，就說流管擴(kuò)張或變粗。二、連續(xù)性定理定理內(nèi)容：流體流過流管時(shí)，在同一時(shí)間流過流管任意截面的流體質(zhì)量相等。實(shí)質(zhì)：質(zhì)量守恒定律公式：說明：氣體流動(dòng)速度與流管截面積成反比；流動(dòng)速度的快慢，可用流管中流線的疏密程度來表示；適用條件：連續(xù)性定理只適用于低速的范圍；對(duì)流體的性質(zhì)未加限制。伯努利定理風(fēng)洞連通器實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：空氣靜止時(shí)，與試驗(yàn)管道各切面相連通的玻璃管內(nèi)的水柱高度一樣，說明各切面的空氣壓力相等，都等于大氣壓力。當(dāng)從風(fēng)洞左側(cè)向右側(cè)吹入穩(wěn)定氣流，,仔細(xì)觀察可以發(fā)現(xiàn)，各玻璃管水柱高度普遍上升，而且上升的高度各不一樣。在管徑細(xì)的地方，水柱上升得更高一些，說明此處氣流速度較快，空氣壓力較?。欢诠軓酱值牡胤?，水柱上升得較少，說明這里的氣流速度較慢，空氣壓力要大一些?？偨Y(jié)：通過實(shí)驗(yàn)我們可以總結(jié)出一個(gè)規(guī)律，即當(dāng)不可壓縮的理想流體沿流管做定常流動(dòng)時(shí)，流動(dòng)速度增加，流體的靜壓將減?。环粗?，流動(dòng)速度減小，流體的靜壓將增加。但,流體的靜壓和動(dòng)壓之和(稱為總壓)始終保持不變,我們將個(gè)這規(guī)律稱為伯努利定理。伯努利定理定理內(nèi)容：同一流管的任意截面上，流體的靜壓與動(dòng)壓之和保持不變。實(shí)質(zhì)：能量守恒定律方程：——?jiǎng)訅?單位體積空氣所具有的動(dòng)能。P——靜壓，單位體積空氣所具有的壓力能(在靜止的空氣中,靜壓等于當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐拇髿鈮?;Po——總壓(全壓),動(dòng)壓和靜壓之和(總壓可以理解為氣流速度減小到零時(shí)的靜壓)。伯努利定理可以表述為：穩(wěn)定氣流中，在同一流管的任意截面上，空氣的動(dòng)壓和靜壓之和保持不變。由此可見，動(dòng)壓大,則靜壓小；動(dòng)壓小，則靜壓大。即流速大，壓強(qiáng)小；流速小，壓強(qiáng)大；流速減小到零時(shí)，壓強(qiáng)增大到總壓值。伯努利定理使用條件①氣流是連續(xù)、穩(wěn)定的,即流動(dòng)是定常的；②流動(dòng)的空氣與外界沒有能量交換,即空氣是絕熱的；③空氣沒有黏性，即空氣為理想流體；④空氣密度不變，即空氣為不可壓縮氣流；⑤流體在同一條流線或同一條流管上。[課堂小結(jié)]1.三大氣象要素為()。A.氣溫、氣壓和空氣濕度B.氣溫、風(fēng)和云C.風(fēng)、云和降水2.當(dāng)氣溫高于標(biāo)準(zhǔn)大氣溫度時(shí)，飛機(jī)的載重量要()。A.增加B.減小C.保持不變3.氣溫、氣壓和空氣濕度的變化都會(huì)對(duì)飛機(jī)性能和儀表指示造成一定的影響，這種影響主要通過他們對(duì)空氣密度的影響而實(shí)現(xiàn)，下列描述哪個(gè)正確()。A.空氣密度與氣壓成正比，與氣溫也成正比B.空氣密度與氣壓成正比，與氣溫成反比C.空氣密度與氣壓成反比，與氣溫成正比4.飛機(jī)的飛行性能主要受大氣密度的影響。當(dāng)實(shí)際大氣密度大于標(biāo)準(zhǔn)大氣密度時(shí)（）。A.

空氣作用于飛機(jī)上的力要加大，發(fā)動(dòng)機(jī)推力減小B.

空氣作用于飛機(jī)上的力要減小，發(fā)動(dòng)機(jī)推力增大C.

空氣作用于飛機(jī)上的力要加大，發(fā)動(dòng)機(jī)推力增大5.雷暴對(duì)飛機(jī)產(chǎn)生很大危害，下列危害不確切的是()。A.雷擊和冰雹襲擊B.風(fēng)切變和湍流C.數(shù)據(jù)鏈中斷6.能見度，是反映大氣透明度的一個(gè)指標(biāo)，測(cè)量大氣能見度的錯(cuò)誤方法（）。A.用望遠(yuǎn)鏡目測(cè)B.使用大氣透射儀C.使用激光能見度自動(dòng)測(cè)量?jī)x7.下述何種天氣現(xiàn)象是穩(wěn)定大氣的特征()。A.能見度極好B.能見度較差C.有陣性降水8.氣象上的風(fēng)向是指()。A.風(fēng)的去向B.風(fēng)的來向C.氣壓梯度力的方向9.地面天氣圖上填寫的氣壓是()。A.本站氣壓B.海平面氣壓C.場(chǎng)面氣壓10.絕對(duì)溫度的零度是()。A.-273FB.-273KC.-273℃11.理想流體是忽略了流體的（）。A.黏性B.密度變化C.壓強(qiáng)變化[課后體會(huì)]本部分內(nèi)容對(duì)后面理解機(jī)翼產(chǎn)生升力的原理至關(guān)重要，首先要清晰無人機(jī)作為航空器飛行的介質(zhì)的大氣環(huán)境，故大氣的狀態(tài)勢(shì)必會(huì)影響無人機(jī)的飛行，那么要用哪些要素去衡量呢，溫度、壓力、密度等，這些參數(shù)要重點(diǎn)理解。討論上節(jié)課留下的問題，同時(shí)說明本節(jié)重點(diǎn)及本節(jié)內(nèi)容必要性?；仡櫉o人機(jī)作為航天器的飛行范圍。了解大氣分層，進(jìn)一步明確無人機(jī)飛行環(huán)境為對(duì)流層。提問：大氣密度與高度和溫度的關(guān)系討論：請(qǐng)大家舉例說明大氣壓力隨高度遞減的例子思考：地面溫度變化主要受什么因素影響分享設(shè)置國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣的必要性討論：在一個(gè)傾斜面上倒水和油，哪一個(gè)流的快呢？說明：空氣低速流動(dòng)時(shí)，不考慮空氣的壓縮性。此部分主要通過視頻使學(xué)生了解大氣環(huán)境對(duì)無人機(jī)飛行的影響。課時(shí)教學(xué)教案課程:無人機(jī)飛行原理任課教師:XXX授課題目固定翼無人機(jī)的阻力教學(xué)形式雙師共2課時(shí)，總第11—12課時(shí)授課班級(jí)授課日期教學(xué)目的1、阻力分類及低速附面層2、摩擦阻力、干擾阻力、壓差阻力、誘導(dǎo)阻力產(chǎn)生的原因。3、影響阻力的因素及如何減小。4、具有利用網(wǎng)絡(luò)等資源，進(jìn)一步獲取新知識(shí)的能力。重點(diǎn)1、各種阻力產(chǎn)生的原因。2、減小阻力的方法。難點(diǎn)1、對(duì)阻力有深入認(rèn)知。2、減小阻力的有效方法。課堂結(jié)構(gòu)及時(shí)間分配復(fù)習(xí)引入………………..……（5分鐘）教學(xué)內(nèi)容固定翼無人機(jī)的阻力低速氣流產(chǎn)生阻力的特性……………..（20分鐘）飛行阻力的類型及特性………………...（30分鐘）阻力公式………………………..….（15分鐘）減少阻力的措施………………………...（15分鐘）課堂小結(jié)………………….…（5分鐘）課后體會(huì)i教學(xué)過程及教學(xué)內(nèi)容[復(fù)習(xí)引入]回顧固定翼無人機(jī)機(jī)翼產(chǎn)生升力的原理。（提問）[教學(xué)內(nèi)容]2.2.3固定翼無人機(jī)的阻力阻力是與固定翼無人機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡平行且與飛行速度方向相反的力。阻力阻礙固定翼無人機(jī)的飛行,但沒有阻力,固定翼無人機(jī)無法飛行。在低速飛行時(shí),根據(jù)阻力形成原因不同,可以分為摩擦阻力,壓差阻力、干擾阻力、誘導(dǎo)阻力。其中摩擦阻力、壓差阻力、干擾阻力與空氣黏性有關(guān)，而誘導(dǎo)阻力主要與升力有關(guān)。低速氣流產(chǎn)生阻力的特性影響固定翼無人機(jī)運(yùn)行的阻力主要與空氣黏性有關(guān)，空氣與機(jī)體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生阻力的區(qū)域主要是附面層區(qū)域。附面層是指在粘性影響顯著的邊界附近的流體層。有黏性的氣體流過物體時(shí)，由于物體表面不是絕對(duì)光滑的且對(duì)空氣分子有吸附作用，所以緊貼物體表面的一層氣流受到阻滯和吸附，氣流速度變?yōu)榱恪＿@層速度為零的空氣層又因?yàn)轲ば杂绊懙狡渫鈱拥臍饬?，使其外層氣流速度減小。這樣一層一層地向外影響下去,在緊貼物體表面的地方就出現(xiàn)了氣流速度沿物體表面法線方向(簡(jiǎn)稱物面法向)逐漸增大的薄層。附面層的特點(diǎn):①附面層內(nèi)沿物面法向的壓強(qiáng)不變且等于法線主流壓強(qiáng)。如果沿物面法向測(cè)量附面層在垂直方向的靜壓強(qiáng)p的變化,那么其結(jié)果是壓強(qiáng)p在附面層內(nèi)沿垂直方向幾乎不變。附面層的厚度隨氣流流經(jīng)物面距離的增長(zhǎng)而變厚。氣流沿物面流動(dòng)時(shí),緊貼附面層的一層空氣不斷受到附面層內(nèi)空氣黏性的影響,逐漸減速變?yōu)楦矫鎸觾?nèi)的氣流,因而氣流沿物面流過的距離越長(zhǎng),附面層的厚度也就越厚。附面層的分類:氣流沿物面流動(dòng)時(shí),在物面的前段一般是層流,后段是紊流,層流和紊流之間的過渡區(qū)被稱為轉(zhuǎn)擯點(diǎn)。黏性氣體的流動(dòng)存在兩種基本流態(tài):層流附面層和紊流附面層。層流附面層是指氣體微團(tuán)沿物面法向分層流動(dòng),互不混淆,空氣微團(tuán)沒有明顯的上、下擾動(dòng)的現(xiàn)象﹔紊流附面層是指氣體微團(tuán)除了沿物面流動(dòng)外,還明顯地沿物面法向上、下擾動(dòng),使各層之間有強(qiáng)烈的混合,形成紊亂的流動(dòng)。飛行阻力的類型及特性摩擦阻力（1）定義：由于緊貼機(jī)體表面的空氣受到阻礙作用而流速降低到0，根據(jù)作用力與反作用力定律，無人機(jī)機(jī)體必然受到空氣的反作用力。這個(gè)反作用力與飛行方向相反，稱為摩擦阻力。（2）影響摩擦阻力大小的因素：摩擦阻力的大小與附面層的類型和轉(zhuǎn)捩點(diǎn)的位置密切相關(guān)。飛行速度：飛行速度越大，使得轉(zhuǎn)捩點(diǎn)前移，因此紊流附面層所占的比例就大于層流附面層，摩擦阻力增大。物體表面的粗糙程度：物體表面越粗糙，紊流附面層更加容易出現(xiàn)。（3）減小摩擦阻力的方法：保證機(jī)體表面沒有污物、劃傷、凹陷和凸起等；及時(shí)擦拭機(jī)體表面；保持表面清潔。2.干擾阻力（1）干擾阻力的產(chǎn)生：無人機(jī)機(jī)體的各個(gè)部件之間，比如機(jī)翼、機(jī)身、尾翼的單獨(dú)阻力之和小于把他們組合成一個(gè)整體所產(chǎn)生的阻力，這種由于各部件氣流之間的相互干擾而產(chǎn)生的額外阻力，稱之為干擾阻力。（2）減小干擾阻力的方法：固定翼無人機(jī)各部件之間盡可能用平滑過渡和整流罩包裹各部件連接處，可以有效的減小干擾阻力。3.壓差阻力（1）定義：氣流流過機(jī)翼后，在機(jī)翼的后緣部分產(chǎn)生附面層分離形成渦流區(qū)，壓強(qiáng)降低；而在機(jī)翼前緣部分，氣流受阻壓強(qiáng)增大，這樣機(jī)翼前后緣就產(chǎn)生了壓力差，從而使機(jī)翼產(chǎn)生壓差阻力。（2）影響因素：壓差阻力的大小與分離點(diǎn)的位置有關(guān)；迎角越大，壓差阻力越大；迎風(fēng)面積越大，壓差阻力越大；機(jī)翼形狀不同，壓差阻力不同。4.誘導(dǎo)阻力（1）定義：由于翼尖渦的誘導(dǎo)，導(dǎo)致氣流下洗，在平行于相對(duì)氣流方向出現(xiàn)阻礙無人機(jī)前進(jìn)的力，這就是誘導(dǎo)阻力。（2）翼尖渦的形成：正常飛行時(shí)，下翼面的壓強(qiáng)比上翼面高，在上下翼面壓強(qiáng)差的作用作用下，下翼面的氣流會(huì)繞過翼尖流向上翼面，下翼面由翼根流向翼尖，上翼面由翼尖流向翼根。由于上、下翼面氣流在后緣處具有不同的流向于是就形成渦流，并在翼尖卷成翼尖渦，翼尖渦向后流就形成翼尖渦流。（3）下洗流：由于兩個(gè)翼尖渦的存在，會(huì)導(dǎo)致在翼展范圍內(nèi)出現(xiàn)一個(gè)向下的誘導(dǎo)速度場(chǎng)，稱為下洗。下洗速度的存在，改變了翼型的氣流方向，使流過翼型的氣流向下傾斜，這個(gè)向下傾斜的氣流稱為下洗流。（4）下洗角：下洗流的存在，改變了翼型的氣流方向，使流過機(jī)翼氣流向下傾斜，這個(gè)向下傾斜的氣流就稱為下洗流，下洗流與相對(duì)氣流之間的夾角稱為下洗角。（5）誘導(dǎo)阻力的產(chǎn)生下洗氣流使流過機(jī)翼氣流的流動(dòng)方向整體向下傾斜了，產(chǎn)生的升力L^′與下洗氣流的方向相垂直。升力L^′垂直于飛行速度方向的分力L仍然起著升力的作用，但其平行于飛行速度方向的分力D，則起著阻力的作用，這個(gè)附加的阻力就是誘導(dǎo)阻力。（6）影響誘導(dǎo)阻力的因素①機(jī)翼的平面形狀：橢圓形機(jī)翼的誘導(dǎo)阻力最小、矩形機(jī)翼的誘導(dǎo)阻力最大、梯形機(jī)翼的誘導(dǎo)阻力介于其中。②展弦比：展弦比大，誘導(dǎo)阻力??；展弦比小，誘導(dǎo)阻力大。③機(jī)翼升力：機(jī)翼升力越大，誘導(dǎo)阻力越大。④飛行速度：低速平飛時(shí)，誘導(dǎo)阻力與速度的平方成反比。（7）減小誘導(dǎo)阻力的方法：翼梢小翼三、阻力公式四、減少阻力的措施(1）保持機(jī)體表面光潔機(jī)體表面的光滑﹑清潔程度對(duì)摩擦阻力的影響很大。實(shí)驗(yàn)表明,如果機(jī)體的表面凸凹不平達(dá)到0.01～0.15mm(相當(dāng)于一根頭發(fā)絲粗的1/7),那么這塊面積上的摩擦阻力就會(huì)增大10%~15%。日常使用時(shí),應(yīng)及時(shí)擦拭固定翼無人機(jī)表面,保持表面清潔,保證機(jī)體表面沒有污物﹑劃傷、凹陷或凸起。(2）保持機(jī)體的外形完好固定翼無人機(jī)的流線形外形,包括各整流罩和整流片,都是為了減小壓差阻力的(干擾阻力實(shí)質(zhì)也是壓差阻力),因此,必須保持好它們的外形;否則,將會(huì)引起局部氣流分離,產(chǎn)生渦流,增大壓差阻力,影響固定翼無人機(jī)的飛行性能。(3）保持固定翼無人機(jī)的密封性及時(shí)檢查設(shè)備艙連接處的密封裝置,如橡皮墊子,橡皮套等,使它們經(jīng)常處于良好狀態(tài)。[課堂小結(jié)]下列哪項(xiàng)不屬于低速飛機(jī)上的阻力(A)激波阻力B.壓差阻力C.誘導(dǎo)阻力D.摩擦阻力由于大氣的黏性而產(chǎn)生的阻力是（C）A.干擾阻力B.壓差阻力C.摩擦阻力D.誘導(dǎo)阻力飛機(jī)采用翼梢小翼是為了減小___B___。A.干擾阻力B.誘導(dǎo)阻力C.黏性摩擦阻力D.壓差阻力[課后體會(huì)]無人機(jī)飛行必然產(chǎn)生阻力，阻力有的可以消除，有的則不可以，如誘導(dǎo)阻力，它是伴隨著升力一起產(chǎn)生的。無人機(jī)在設(shè)計(jì)和使用過程中，要盡量減小阻力的大小。所以大家在以后使用過程中，也要注意無人機(jī)的保養(yǎng)和維修?；仡櫳瞎?jié)課內(nèi)容并說明本節(jié)重點(diǎn)及本節(jié)內(nèi)容必要性。受力分析，介紹阻力存在的意義討論：黏性對(duì)摩擦阻力的影響討論：如何減少干擾阻力進(jìn)一步解釋了總的空氣動(dòng)力斜向后方的原理討論：阻力存在的利與弊通過習(xí)題加強(qiáng)理解阻力課時(shí)教學(xué)教案課程:無人機(jī)飛行原理任課教師:XXX授課題目固定翼無人機(jī)飛行原理（1）教學(xué)形式共課時(shí)授課班級(jí)授課日期教學(xué)目的1、翼型的定義及分類。2、機(jī)翼的平面形狀。3、迎角的基本概念。4、具有利用網(wǎng)絡(luò)等資源，進(jìn)一步獲取新知識(shí)的能力。重點(diǎn)1、翼型的定義及分類。2、機(jī)翼的平面形狀。3、迎角的基本概念。難點(diǎn)1、后掠翼的定義、優(yōu)缺點(diǎn)。2、迎角的重要性。課堂結(jié)構(gòu)及時(shí)間分配復(fù)習(xí)引入………………..……（5分鐘）教學(xué)內(nèi)容固定翼無人機(jī)的氣動(dòng)結(jié)構(gòu)……………..（30分鐘）機(jī)翼平面種類及參數(shù)…………………..（30分鐘）機(jī)翼剖面種類及參數(shù)…………………...（30分鐘）機(jī)翼的流線譜與迎角………………..….（20分鐘）課堂小結(jié)………………….…（5分鐘）課后體會(huì)教學(xué)過程及教學(xué)內(nèi)容[復(fù)習(xí)引入]機(jī)翼是固定翼無人機(jī)最主要的機(jī)體結(jié)構(gòu)，是產(chǎn)生升力的主要裝置。所以機(jī)翼的形狀及參數(shù)會(huì)直接影響升力的產(chǎn)生及無人機(jī)的飛行性能。[教學(xué)內(nèi)容]固定翼無人機(jī)的氣動(dòng)結(jié)構(gòu)固定翼無人機(jī)的氣動(dòng)部件包括機(jī)翼（左機(jī)翼和右機(jī)翼）、機(jī)身、尾翼、起落架等。其中尾翼包括垂直尾翼（垂直安定面和方向舵）和水平尾翼（水平安定面和升降舵），副翼包括左副翼和右副翼，分別布置在機(jī)翼后緣外側(cè)。在所有的氣動(dòng)部件中，機(jī)翼是產(chǎn)生升力的主要部件，也是最主要的氣動(dòng)部件；尾翼是輔助氣動(dòng)部件，主要用于保證飛行的穩(wěn)定性和操縱性。二、機(jī)翼的平面種類及參數(shù)1.機(jī)翼的平面種類機(jī)翼的平面形狀常見的有三種，分別是平直翼型、后掠翼型和三角翼型。根據(jù)使用場(chǎng)景不同，平直翼又分為矩形翼﹑梯形翼和橢圓翼。（1）平直翼：平直翼是指無明顯后掠角的機(jī)翼。一般指后掠角小于20°,平面形狀呈矩形、梯形或半橢圓形的機(jī)翼。（2）后掠翼：指前緣和后緣均向后掠的機(jī)翼。表征機(jī)翼后掠程度的指標(biāo)是后掠角，即機(jī)翼前緣與水平線的夾角。后掠翼的氣動(dòng)特點(diǎn)是可增大機(jī)翼的臨界馬赫數(shù)，推遲激波的到來，并減小超聲速飛行時(shí)的阻力。（3）三角翼：指機(jī)翼前緣后掠、后緣基本平直,半翼俯視平面形狀為三角形的機(jī)翼。這種機(jī)翼具有后掠角大、展弦比小和相對(duì)厚度小等特點(diǎn),主要優(yōu)點(diǎn)是機(jī)翼重量輕、剛性好、容積大等,可分為有平尾式和無平尾式兩類。低速飛行無人機(jī)一般采用矩形翼和梯形翼,高速飛行無人機(jī)一般采用后掠翼和三角翼。機(jī)翼的平面參數(shù)以后掠翼為例來介紹機(jī)翼的平面參數(shù)。（1）機(jī)翼面積：機(jī)翼在水平面內(nèi)的投影面積。（2）根尖比：翼根翼弦與翼尖翼弦的比值。（3）翼展：機(jī)翼左右翼尖的距離。（4）幾何平均翼弦：機(jī)翼的投影面積與翼展的比值。（5）展弦比：機(jī)翼的翼展與平均翼弦的比（6）后掠角：機(jī)翼與機(jī)身軸線的垂線之間的夾角。三、機(jī)翼的剖面種類及參數(shù)1.種類機(jī)翼的剖面是從平行于機(jī)翼的對(duì)稱面截得的機(jī)翼截面，通常稱為翼型。翼型的幾何形狀是機(jī)翼的基本幾何特性之一。翼型的氣動(dòng)特性直接影響到機(jī)翼及整個(gè)固定翼無人機(jī)的氣動(dòng)特性,在空氣動(dòng)力學(xué)理論和飛行器設(shè)計(jì)中具有重要的地位,常見的翼型有對(duì)稱翼型、雙凸翼型、平凸翼型、S形翼型、特種翼型等。（1）對(duì)稱翼型：剖面結(jié)構(gòu)是上弧線、下弧線分別對(duì)稱,主要用于固定翼無人機(jī)的尾翼翼型，也可用于超聲速飛行器﹑低速特技固定翼無人機(jī)主翼﹑高性能直升機(jī)旋翼。（2）雙凸翼型：剖面結(jié)構(gòu)是上、下弧線都是外凸的，但上弧線的彎度比下弧線大；主要在高空、高速飛行的固定翼無人機(jī)上使用；至今大部分固定翼無人機(jī)的主翼多使用這種翼型；氣動(dòng)性能優(yōu)越，便于加工，結(jié)構(gòu)特性好。（3）平凸翼型：剖面結(jié)構(gòu)是上弧線凸出而下弧線除前緣外均為直線，主要用于常規(guī)布局且飛行速度適中的固定翼無人機(jī)，也可用于一般固定翼無人機(jī)的水平尾翼翼型；這種機(jī)翼特性與雙凸翼型特性比較接近，但性能略低于雙凸翼型。（4）凹凸翼型：上弧線凸出而下弧線凹進(jìn)的翼型；不適合于較大機(jī)動(dòng)的固定翼無人機(jī)及高速飛行的飛行器；應(yīng)用最早，但飛行阻力大，失速迎角較小，目前已經(jīng)較少應(yīng)用。（5）S形翼型：因中弧線像是橫放的S形而得名，常見用在三角翼無人機(jī)上。這種機(jī)翼特性就是安定性較好，可用在無尾翼固定翼無人機(jī)上。（6）特種翼型：特殊剖面結(jié)構(gòu)的翼型,為了滿足某種性能指標(biāo)或要求而設(shè)計(jì)的。一般常在航模上應(yīng)用。2.翼型幾何參數(shù)（1）中弧線：和翼形上表面和下表面等距離的曲線。（2）前、后緣：中弧線與上表面和下表面的外形線在前端的交點(diǎn)稱為前緣在后端的交點(diǎn)稱為后緣。（3）幾何弦（弦線）：前、后緣的連線。但對(duì)于下表面為直線的翼型，也將此直線定義為幾何弦。（4）弦長(zhǎng)——翼型前、后緣點(diǎn)之間的距離，用b表示。（5）彎度：中弧線和弦線的間隔，用f表示。（6）厚度——與中弧線垂直方向測(cè)量的上表面和下表面的距離，用c表示。（7）后緣角——翼型上、下表面在后緣處切線間的夾角。[課堂小結(jié)]無人機(jī)的機(jī)翼為什么能產(chǎn)生升力，其中重要的一點(diǎn)是機(jī)翼這種特殊的形狀，包括平面形狀和剖面形狀，所以學(xué)習(xí)機(jī)翼的翼型參數(shù)至關(guān)重要。另外深入了解氣流流過這種翼型表面的流線譜特性是學(xué)習(xí)產(chǎn)生升力的關(guān)鍵。[課后體會(huì)]本節(jié)課內(nèi)容相對(duì)較難，對(duì)于機(jī)翼形狀與參數(shù)部分，首先我們要會(huì)判定常用無人機(jī)的機(jī)翼屬于哪一類，其主要優(yōu)勢(shì)是什么，同時(shí)盡可能記住一些重要的機(jī)翼參數(shù)。對(duì)于機(jī)翼的流線譜這部分是關(guān)鍵，是下一節(jié)課學(xué)習(xí)機(jī)翼產(chǎn)生升力的關(guān)鍵，所以一定會(huì)分析煙風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)的流線譜特性，也就是先從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象入手有部分了解。最后關(guān)于迎角是一個(gè)關(guān)鍵性的概念，在這部分大家要記住的就是迎角的定義以及知道正負(fù)迎角的存在。說明本節(jié)重點(diǎn)及難點(diǎn)。給出無人機(jī)實(shí)例，討論其機(jī)翼的平面形狀深入淺出討論：后掠翼的優(yōu)缺點(diǎn)。討論：大展弦比無人機(jī)的優(yōu)勢(shì)分享飛機(jī)翼型發(fā)展史機(jī)翼設(shè)計(jì)始終以獲得最高升阻比為終極目標(biāo)根據(jù)煙風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)詳細(xì)分析氣流流過機(jī)翼表面流線譜的特點(diǎn)及影響因素有哪些課時(shí)教學(xué)教案課程:無人機(jī)飛行原理任課教師:XXX授課題目固定翼無人機(jī)的升力教學(xué)形式雙師共課時(shí)授課班級(jí)授課日期教學(xué)目的1、機(jī)翼產(chǎn)生升力的原理。2、升力的向量表示法。3、升力公式及影響升力大小的因素。4、具有利用網(wǎng)絡(luò)等資源，進(jìn)一步獲取新知識(shí)的能力。重點(diǎn)1、機(jī)翼產(chǎn)生升力的原理。2、升力公式及影響升力大小的因素。難點(diǎn)1、升力的向量表示法。2、利用連續(xù)性定理和伯努利定理解釋升力產(chǎn)生的原理。課堂結(jié)構(gòu)及時(shí)間分配復(fù)習(xí)引入………………..……（5分鐘）教學(xué)內(nèi)容機(jī)翼升力產(chǎn)生的原理………………..（40分鐘）影響升力的因素………………………...（40分鐘）課堂小結(jié)………………….…（5分鐘）課后體會(huì)i教學(xué)過程及教學(xué)內(nèi)容[復(fù)習(xí)引入]引入：無人機(jī)的特性及對(duì)飛行的影響。相對(duì)氣流的方向。大氣飛行環(huán)境對(duì)無人機(jī)的影響：對(duì)無人機(jī)的空氣動(dòng)力性能、發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)、操縱人員都有非常重要的影響。[教學(xué)內(nèi)容]固定翼無人機(jī)的升力固定翼無人機(jī)在空中飛行時(shí)，其機(jī)體各部分產(chǎn)生的空氣動(dòng)力的總和稱為固定翼無人機(jī)的空氣總動(dòng)力，通常用R表示。一般情況下，固定翼無人機(jī)的空氣總動(dòng)力是向上并向后傾斜的，根據(jù)其所起的作用，固定翼無人機(jī)的空氣總動(dòng)力可以分解為垂直于飛行速度方向和平行于飛行速度方向的兩個(gè)分力。垂直于飛行速度方向的分力叫升力，用L表示；平行于飛行速度方向的分力叫阻力，用D表示。一、升力產(chǎn)生的原理機(jī)翼的壓力分布迎角對(duì)流線譜的影響：當(dāng)迎角由小變大時(shí)，機(jī)翼上表面的流管變得更細(xì)，下表面則相反，流管較原來變粗，甚至比前方流管還粗，機(jī)翼后緣渦流更多。升力的產(chǎn)生機(jī)翼的壓力分布（1）壓力分布表示——矢量表示法當(dāng)機(jī)翼表面壓強(qiáng)低于大氣壓，稱為吸力。當(dāng)機(jī)翼表面壓強(qiáng)高于大氣壓，稱為壓力。（2）為了形象地說明機(jī)翼表面各點(diǎn)的壓力大小，可用矢量表示法，畫出機(jī)翼的壓力分布圖。將測(cè)出的翼面各點(diǎn)的壓力與大氣壓力之差，用向量畫在翼面的垂直線上。（3）當(dāng)空氣流過機(jī)翼時(shí)，氣流會(huì)沿上下表面分開，根據(jù)伯努利原理，上表面氣流速度快，對(duì)機(jī)翼的壓力較小，下表面氣流速度慢，對(duì)機(jī)翼壓力較大，這就產(chǎn)生了一個(gè)壓力差，也就是向上的升力。4.升力公式——升力系數(shù)﹔——飛行動(dòng)壓;S——機(jī)翼的面積。根據(jù)升力公式可分析，固定翼無人機(jī)的升力與升力系數(shù)、飛行動(dòng)壓及機(jī)翼面積成正比。影響升力系數(shù)的因素有機(jī)翼形狀、機(jī)翼面積、飛行迎角等，影響飛行動(dòng)壓的因素有飛行器所處環(huán)境的空氣密度、相對(duì)氣流速度等。影響升力的因素(1）翼型對(duì)升力的影響翼型不同，機(jī)翼流線譜和壓力分布也不同，因而升力大小也不一樣。例如平凸翼型和雙凸翼型。平凸翼型上、下表面的彎曲程度相差較大，使上、下表面流管粗細(xì)的差別變大，所以在其他因素相同的條件下，平凸翼型的升力比雙凸翼型的大。（2）迎角對(duì)升力的影響迎角不同,機(jī)翼流線譜也不同，從而影響升力的大小也發(fā)生變化。在不同正迎角下，機(jī)翼的流線譜和壓力分布的變化情況：在一定迎角范圍內(nèi)，增大迎角，升力增大。這是因?yàn)殡S著迎角的增大，機(jī)翼上表面前部，流線更為彎曲，流管更為收縮，流速加快，壓力降低，吸力增大。與此同時(shí)，氣流受下表面的阻擋作用更強(qiáng)，流速減慢，壓力提高。于是，機(jī)翼上、下表面壓力差增大，所以升力增大。當(dāng)迎角增大到某一值時(shí)，機(jī)翼上表面前部流管變得最細(xì)，流速最快，吸力最大，而下表面流管變得更粗，流速更慢，正壓力更大。這時(shí)上下壓力差增加到最大，所以升力最大。當(dāng)迎角超過這一值時(shí)，迎角再繼續(xù)增加，升力反而減小。其原因主要是機(jī)翼上表面的渦流區(qū)擴(kuò)大，上表面前部流管擴(kuò)張，吸力降低所致，可以從升力系數(shù)與迎角坐標(biāo)系中發(fā)現(xiàn)這一規(guī)律?？諝饷芏葘?duì)升力的影響空氣密度和飛行速度不同，會(huì)導(dǎo)致相對(duì)氣流的動(dòng)壓不同。在低速的條件下，然流線譜基本上不改變，但它直接影響機(jī)翼各處壓力的變化，從而影響升力。當(dāng)空氣密度大時(shí)，說明空氣比較稠密，作用在機(jī)翼上表面的吸力和下表面的正壓力都增大，機(jī)翼上下表面壓力差增大，則升力增大；反之，升力減小。影響空氣密度大小的因素與飛行高度和氣溫有關(guān)。飛行高度低或氣溫低，空氣密度就大，升力也就大；反之，升力減小。(4）相對(duì)氣流速度對(duì)升力的影響飛行速度增大,即相對(duì)氣流速度增大,機(jī)翼上表面的氣流速度比下表面的氣流速度增大得更多。所以上表面壓力比下表面壓力減小得更多,上下表面壓力差增大,升力隨之增大。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得:升力與飛行速度的平方成正比。空氣密度和飛行速度對(duì)升力的影響綜合起來,就是氣流動(dòng)壓對(duì)升力的影響。氣流的動(dòng)壓越大,產(chǎn)生的升力也越大,即升力與相對(duì)氣流中的動(dòng)壓成正比。(5）機(jī)翼面積對(duì)升力的影響在其他因素不變的條件下,機(jī)翼面積的變化雖然不會(huì)引起流線譜和壓力分布的改變,但它使產(chǎn)生機(jī)翼上下表面壓力差的面積發(fā)生變化,從而影響升力。機(jī)翼面積大,產(chǎn)生上下表面壓力差的地方就越多,產(chǎn)生上下表面壓力差的總和也就越大,所以升力增加。[課堂小結(jié)]本節(jié)課的重點(diǎn)是能夠利用空氣動(dòng)力學(xué)基本原理解釋機(jī)翼產(chǎn)生升力的原理。同時(shí)理解影響升力大小的因素有哪些。[課后體會(huì)]機(jī)翼產(chǎn)生升力的根本原因有二：其一是機(jī)翼特殊的翼型；其二是機(jī)翼與空氣有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，也就是當(dāng)氣流流過機(jī)翼時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生向上的壓力差，及升力。說明本節(jié)重點(diǎn)及本節(jié)內(nèi)容必要性。討論流線和跡線的區(qū)別影響流線譜的因素討論：連續(xù)性定理在日常生活中的體現(xiàn)熟記升力公式重點(diǎn)解釋迎角的重要性可結(jié)合升力公式進(jìn)行解釋討論：相對(duì)氣流與動(dòng)壓之間的關(guān)系結(jié)合升力公式進(jìn)行解釋課時(shí)教學(xué)教案課程:無人機(jī)飛行原理任課教師:XXX授課題目固定翼無人機(jī)的坐標(biāo)軸系和平衡教學(xué)形式雙師授課班級(jí)授課日期教學(xué)目的無人機(jī)的坐標(biāo)系固定翼無人機(jī)平衡條件3、影響無人機(jī)平衡的因素重點(diǎn)1、固定翼無人機(jī)的平衡2、影響無人機(jī)平衡的因素難點(diǎn)1、無人機(jī)平衡的條件2、影響無人機(jī)平衡的條件課堂結(jié)構(gòu)及時(shí)間分配復(fù)習(xí)引入………………..…（5分鐘）教學(xué)內(nèi)容無人機(jī)的重心、坐標(biāo)軸、力矩………………..（30分鐘）固定翼無人機(jī)的平衡………………...（50分鐘）課堂小結(jié)………………….…（5分鐘）課后體會(huì)i教學(xué)過程及教學(xué)內(nèi)容[復(fù)習(xí)引入]無人機(jī)飛行狀態(tài)的變化，歸根到底，都是力和力矩作用的結(jié)果。無人機(jī)的平衡、穩(wěn)定性和操縱性是闡述無人機(jī)在力和力矩的作用下，無人機(jī)狀態(tài)的保持和改變的基本原理。[教學(xué)內(nèi)容]無人機(jī)的重心、坐標(biāo)軸系和力矩?zé)o人機(jī)的重心重心重力W是地球?qū)ξ矬w的吸引力。無人機(jī)的重力是地球?qū)o人機(jī)的各部分（機(jī)身、機(jī)翼、尾翼、發(fā)動(dòng)機(jī)、燃料、載荷、彈藥、乘員等）吸引力的合力。無人機(jī)重力的著力點(diǎn)叫做無人機(jī)重心。飛機(jī)在空中的運(yùn)動(dòng)，總可分解成飛機(jī)各部分隨飛機(jī)重心一起的移動(dòng)和飛機(jī)各部分繞重心的轉(zhuǎn)動(dòng)。無人機(jī)的附加升力與無人機(jī)的焦點(diǎn)當(dāng)無人機(jī)受到外界擾動(dòng)使無人機(jī)迎角增大時(shí),機(jī)翼上就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)附加升力Lw;同時(shí)，水平尾翼的迎角也隨之增大,水平尾翼上會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向上的附加升力L基;無人機(jī)機(jī)翼和尾翼產(chǎn)生的總附加升力Lg在無人機(jī)上的著力點(diǎn)稱為無人機(jī)的焦點(diǎn)。二、無人機(jī)的機(jī)體坐標(biāo)軸系1.坐標(biāo)系無人機(jī)在空中繞著旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)可以歸納為三種情況：機(jī)頭上仰或下俯——俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)；機(jī)體向左傾斜或向右傾斜——左右滾轉(zhuǎn)；機(jī)頭向左偏轉(zhuǎn)或向右偏轉(zhuǎn)——左右偏轉(zhuǎn)。無人機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)圍繞通過無人機(jī)重心的三根互相垂直的軸,組成了無人機(jī)機(jī)體坐標(biāo)系,即縱軸X、立軸Z和橫軸Y。2.無人機(jī)的空中自由度飛行中無人機(jī)姿態(tài)的改變都是繞著以上三個(gè)軸中的一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的，無人機(jī)繞機(jī)體縱軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，稱為滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；無人機(jī)繞機(jī)體立軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，稱為偏航運(yùn)動(dòng)；無人機(jī)繞機(jī)體橫軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，稱為俯仰運(yùn)動(dòng)。三、力矩1.俯仰力矩俯仰力矩也稱為縱向力矩,它的作用是使無人機(jī)繞橫軸做抬頭或低頭的轉(zhuǎn)動(dòng)。升降舵向上偏轉(zhuǎn)﹐將引起正的俯仰力矩﹐使無人機(jī)抬頭;升降舵向下偏轉(zhuǎn),將引起負(fù)的俯仰力矩﹐使無人機(jī)低頭。2．偏航力矩偏航力矩的作用是使無人機(jī)繞立軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。方向舵向左偏,將引起正的偏航力矩,使無人機(jī)向左偏;方向舵向右偏,將引起負(fù)的偏航力矩,使無人機(jī)向右偏轉(zhuǎn)。3．滾轉(zhuǎn)力矩滾轉(zhuǎn)力矩也稱為傾斜力矩,它的作用是使無人機(jī)繞縱軸做滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。副翼的偏轉(zhuǎn),改變了左、右機(jī)翼上的升力,從而產(chǎn)生無人機(jī)繞縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)的滾轉(zhuǎn)力矩。由于副翼偏轉(zhuǎn)角正向定義(右副翼向下偏轉(zhuǎn),左副翼向上偏轉(zhuǎn))的緣故,副翼的正偏轉(zhuǎn)角將引起負(fù)的滾轉(zhuǎn)力矩,使其向左滾轉(zhuǎn)。固定翼無人機(jī)的平衡飛機(jī)的平衡包括作用力平衡和力矩平衡兩個(gè)方面。相對(duì)橫軸(OY軸)——俯仰平衡相對(duì)立軸(OZ軸)——方向平衡相對(duì)縱軸(OX軸)——橫側(cè)平衡一、俯仰平衡俯仰平衡的原理俯仰平衡是指作用于固定翼無人機(jī)的上仰力矩、下俯力矩都相等（互相平衡）。固定翼無人機(jī)達(dá)到俯仰平衡后，迎角保持不變，不饒橫軸運(yùn)動(dòng)。飛行中，機(jī)翼升力（L翼）通常作用在固定翼無人機(jī)重心的后面，形成下俯力矩（M翼），表達(dá)式為M翼=L翼l翼在中等迎角以下，流過機(jī)翼后的氣流會(huì)產(chǎn)生一定程度的下洗，所以水平尾翼（簡(jiǎn)稱平尾）一般產(chǎn)生負(fù)升力。它對(duì)固定翼無人機(jī)重心所形成的力矩為上仰力矩（M尾），表達(dá)式為M尾=L尾l尾飛行中，想要保持固定翼無人機(jī)的俯仰平衡，必須使下俯力矩和上仰力矩相等，即下俯力矩=上仰力矩即L翼l翼=L翼l翼水平尾翼雖然面積不大，升力很小，但是它距固定翼無人機(jī)重心很遠(yuǎn)，力臂很長(zhǎng)，所以力矩很大，這也就是水平尾翼為什么能夠使固定翼無人機(jī)產(chǎn)生俯仰運(yùn)動(dòng)的原因。2.俯仰平衡的影響因素影響俯仰平衡最重要的因素是俯仰力矩，而機(jī)翼和平尾的俯仰力矩各等于它們所產(chǎn)生的升力乘以各自升力到重心的力臂。所以，凡是影響機(jī)翼和平尾升力大小的因素也都是影響機(jī)翼和平尾俯仰力矩的因素。此外，固定翼無人機(jī)重心位置的前后移動(dòng)也會(huì)影響機(jī)翼和平尾的俯仰力矩的大小。下面為影響俯仰力矩的因素：（1）迎角迎角越大，機(jī)翼和平尾升力系數(shù)就會(huì)越大，升力越大，機(jī)翼和平尾俯仰力矩就會(huì)越大。（2）翼型機(jī)翼和平尾翼型產(chǎn)生變化時(shí)，升力系數(shù)發(fā)生變化，俯仰力矩也會(huì)發(fā)生變化。（3）飛行Ma在超過臨界Ma后，飛行Ma加大，機(jī)翼局部激波會(huì)不斷向后發(fā)展，機(jī)翼升力系數(shù)就會(huì)加大，并且壓力中心后移，這樣就會(huì)使得升力和升力到重心的力臂都加大，機(jī)翼也會(huì)下俯力矩加大。（4）重心位置固定翼無人機(jī)重心位置后移，機(jī)翼下俯力矩就會(huì)減小，平尾上仰力矩也減小。但是由于重心距離平尾較遠(yuǎn)，重心后移一段較小距離，對(duì)平尾上仰力矩幾乎不會(huì)產(chǎn)生影響，上仰力矩減小不多，而重心距離機(jī)翼壓力中心很近，重心后移一段較小距離，對(duì)機(jī)翼會(huì)造成很大的力矩變化。（5）空氣密度、機(jī)翼面積、飛行速度機(jī)翼面積、空氣密度、飛行速度大，機(jī)翼和平尾俯仰力矩越大。它們對(duì)機(jī)翼和平尾俯仰力矩的影響完全一樣。二、方向平衡1.方向平衡的原理固定翼無人機(jī)飛行中，兩邊機(jī)翼阻力產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)力矩和垂直尾翼側(cè)向力產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)力矩可以使機(jī)頭產(chǎn)生左右偏轉(zhuǎn)的力矩。假如作用在固定翼無人機(jī)上的右偏力矩和左偏力矩相等，固定翼無人機(jī)就會(huì)保持方向平衡，如不相等，機(jī)頭就會(huì)產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。在正常條件下，左右機(jī)翼產(chǎn)生的阻力大小相等，力臂相同，在垂直尾翼上也沒有側(cè)向力的作用，這時(shí)固定翼無人機(jī)自動(dòng)保持方向平衡。表達(dá)式為D左l左=D右l右方向舵保持方向平衡的原理固定翼無人機(jī)在飛行中產(chǎn)生了方向不平衡，出現(xiàn)側(cè)滑時(shí)，可以使方向舵偏轉(zhuǎn)，以消除側(cè)滑，保持固定翼無人機(jī)的方向平衡。以固定翼無人機(jī)右側(cè)重量較大為例，闡述方向舵的方向平衡作用。固定翼無人機(jī)右側(cè)重量較大，重心右移，這時(shí)l右<l左。但是，由于右側(cè)機(jī)翼的阻力遠(yuǎn)大于左側(cè)機(jī)翼的阻力。因此，D右l右還是大于D左l左，此時(shí)，固定翼無人機(jī)將要產(chǎn)生向右的偏轉(zhuǎn)，即將出現(xiàn)左側(cè)滑。表達(dá)式為為D右l右>D左l左即右偏力矩>左偏力矩為了維持固定翼無人機(jī)的方向平衡，應(yīng)該左打方向舵。此刻，相對(duì)氣流流過垂直尾翼左側(cè)，受到方向舵的阻擋，流速減慢，壓力增大，而垂直尾翼右側(cè)則壓力減小。如此，在垂直尾翼上形成一個(gè)向右的側(cè)力（Z尾），此力對(duì)固定翼無人機(jī)的重心形成一個(gè)左偏力矩，這樣就可以使其的左、右偏轉(zhuǎn)力矩重新相等，保證了方向平衡。數(shù)學(xué)式表示為D右l右=D左l左+Z尾l尾即左偏力矩=右偏力矩由此可見，方向舵有保持方向平衡的作用，可以防止出現(xiàn)側(cè)滑。三、橫向平衡1.橫向平衡的原理橫向平衡是指作用于固定翼無人機(jī)各滾轉(zhuǎn)力矩互相平衡，也就是迫使固定翼無人機(jī)向右滾轉(zhuǎn)的力矩（L左l左）和迫使固定翼無人機(jī)向左滾轉(zhuǎn)的力矩（L右l右）彼此相等。這樣，固定翼無人機(jī)就不繞縱軸滾轉(zhuǎn)，既不向左傾斜，也不向右傾斜。固定翼無人機(jī)飛行中，出現(xiàn)了自動(dòng)向一側(cè)傾斜的現(xiàn)象，就叫橫向不平衡。固定翼無人機(jī)自動(dòng)向右傾斜，叫做有右坡度，固定翼無人機(jī)自動(dòng)向左傾斜，叫做有左坡度。固定翼無人機(jī)出現(xiàn)橫向不平衡的原因主要由于機(jī)翼變形，兩側(cè)機(jī)翼不對(duì)稱造成左、右機(jī)翼升力不對(duì)稱或左、右機(jī)翼升力到重心的力臂不等，使右滾力矩與左滾力矩不平衡，其自動(dòng)出現(xiàn)傾斜。固定翼無人機(jī)允許在一定條件下出現(xiàn)一定程度的自動(dòng)傾斜。如果超出了規(guī)定，稱為坡度故障。副翼保持平衡的原理固定翼無人機(jī)在飛行中出現(xiàn)了橫向不平衡（出現(xiàn)坡度）的現(xiàn)象，可以使副翼偏轉(zhuǎn)，以消除坡度，保持固定翼無人機(jī)的橫向平衡。我們假設(shè)固定翼無人機(jī)左右重力不均衡，其重心向左移動(dòng)，左、右側(cè)機(jī)翼升力到重心的力臂不等，右側(cè)機(jī)翼升力到重心的力臂（l右）增長(zhǎng)，左側(cè)機(jī)翼升力到重心的力臂（l左）減短。這樣L右l右將大于L左l左（固定翼無人機(jī)向左滾轉(zhuǎn)，出現(xiàn)左坡度）。為了保持固定翼無人機(jī)的橫向平衡，這時(shí)應(yīng)該使左邊副翼向下偏轉(zhuǎn)，增加左機(jī)翼升力，右邊副翼向上偏轉(zhuǎn)，減小右機(jī)翼升力。這樣使左滾力矩與右滾力矩平衡，保持其橫向平衡。[課堂小結(jié)]固定翼無人機(jī)的平衡是指作用于無人機(jī)各力之和為零，各力對(duì)重心所產(chǎn)生的力矩之和也為零。固定翼無人機(jī)處于平衡狀態(tài)時(shí)，飛行速度大小和方向都保持不變，也不繞重心轉(zhuǎn)動(dòng)；反之，固定翼無人機(jī)處于不平衡狀態(tài)時(shí)，飛行速度的大小和方向?qū)l(fā)生變化。固定翼無人機(jī)是否保持自動(dòng)保持平衡狀態(tài)，是穩(wěn)定性的問題。如何改變其原有的平衡狀態(tài)，則是操縱性的問題。因此，學(xué)習(xí)好固定翼無人機(jī)平衡性是分析其穩(wěn)定性和操縱性的基礎(chǔ)。[課后體會(huì)]本節(jié)課的難點(diǎn)是理解俯仰力矩、方向力矩和橫向力矩的來源及影響因素，應(yīng)理解記憶。說明本節(jié)重點(diǎn)及本節(jié)內(nèi)容必要性。理解重心的含義及重要性三軸六個(gè)自由度力矩即是力和力臂的乘積，力臂和重心有關(guān)系重點(diǎn)講解討論：飛行中不平衡帶來的問題所有影響俯仰力矩的因素都會(huì)影響俯仰平衡補(bǔ)充：側(cè)滑的概念結(jié)合模擬飛行操作進(jìn)行理解理解影響橫向平衡的因素課時(shí)教學(xué)教案課程:無人機(jī)飛行原理任課教師:XXX授課題目固定翼無人機(jī)的穩(wěn)定性教學(xué)形式授課班級(jí)授課日期教學(xué)目的無人機(jī)穩(wěn)定性的概念固定翼無人機(jī)穩(wěn)定力矩的產(chǎn)生3、固定翼無人機(jī)阻尼力矩的產(chǎn)生重點(diǎn)1、固定翼無人機(jī)的穩(wěn)定性原理2、影響無人機(jī)穩(wěn)定的因素難點(diǎn)1、無人機(jī)穩(wěn)定的條件2、影響無人機(jī)穩(wěn)定性的因素課堂結(jié)構(gòu)及時(shí)間分配復(fù)習(xí)引入………………..…（5分鐘）教學(xué)內(nèi)容穩(wěn)定性的概念及條件………………..（10分鐘）固定翼無人機(jī)的俯仰穩(wěn)定性………...（20分鐘）固定翼無人機(jī)的方向穩(wěn)定性……………………...（20分鐘）固定翼無人機(jī)的橫向穩(wěn)定性……………………...（20分鐘）影響穩(wěn)定性的因素…………………..（10分鐘）課堂小結(jié)………………….…（5分鐘）課后體會(huì)i教學(xué)過程及教學(xué)內(nèi)容[復(fù)習(xí)引入]引入：無人機(jī)飛行狀態(tài)的變化，歸根到底，都是力和力矩作用的結(jié)果。無人機(jī)的平衡、穩(wěn)定性和操縱性是闡述無人機(jī)在力和力矩的作用下，無人機(jī)狀態(tài)的保持和改變的基本原理。[教學(xué)內(nèi)容]穩(wěn)定性的概念及條件引入單擺的穩(wěn)定力矩和阻尼力矩單擺平衡的條件：具有穩(wěn)定力矩和阻尼力矩。無人機(jī)的穩(wěn)定性無人機(jī)之所以有穩(wěn)定性，首先是因?yàn)闊o人機(jī)偏離平衡狀態(tài)時(shí)出現(xiàn)了穩(wěn)定力矩，使無人機(jī)具有恢復(fù)原來平衡狀態(tài)的趨勢(shì)；其次是在擺動(dòng)過程中又出現(xiàn)了阻尼力矩，促使無人機(jī)擺動(dòng)減弱乃至消失。固定翼無人機(jī)飛行中若受到微小擾動(dòng)而偏離俯仰平衡狀態(tài)，當(dāng)擾動(dòng)消失以后，不經(jīng)操縱固定翼無人機(jī)能自動(dòng)恢復(fù)到原來的俯仰平衡狀態(tài)，則認(rèn)定固定翼無人機(jī)具有俯仰穩(wěn)定性。俯仰穩(wěn)定性、方向穩(wěn)定性、橫向穩(wěn)定性。固定翼無人機(jī)的俯仰穩(wěn)定性定義：無人機(jī)的俯仰穩(wěn)定性，指無人機(jī)受微小擾動(dòng)以至俯仰平衡遭到破壞，在擾動(dòng)消失后，無人機(jī)自動(dòng)趨向恢復(fù)原平衡狀態(tài)的特性。俯仰穩(wěn)定力矩的產(chǎn)生——平尾（1）平尾：正常布局的無人機(jī)：平尾的安裝角通常要比機(jī)翼的安裝角更小。平尾可以產(chǎn)生俯仰穩(wěn)定力矩，趨于保持無人機(jī)的俯仰平衡。（2）其他：除水平尾翼迎角隨之變化外，機(jī)身、機(jī)翼、螺旋槳等部分的迎角也要發(fā)生變化，同樣也會(huì)產(chǎn)生額外的升力。這些附加升力的總和就是無人機(jī)的附加升力。只有焦點(diǎn)的位置在無人機(jī)的重心之后無人機(jī)才具有俯仰穩(wěn)定性，焦點(diǎn)距離重心越遠(yuǎn)，俯仰穩(wěn)定性越強(qiáng)。俯仰阻尼力矩的產(chǎn)生——平尾俯仰阻尼力矩的大小主要取決于無人機(jī)受擾后轉(zhuǎn)動(dòng)速度的大小。轉(zhuǎn)動(dòng)速度越大，俯仰阻尼力矩就越大，無人機(jī)的穩(wěn)定性就越強(qiáng)。無人機(jī)的方向穩(wěn)定性定義：指的是飛行中，無人機(jī)受微小擾動(dòng)以至方向平衡遭到破壞，在擾動(dòng)消失后，無人機(jī)自動(dòng)趨向恢復(fù)原平衡狀態(tài)的特性。方向穩(wěn)定力矩的產(chǎn)生——垂尾垂尾面積越大方向穩(wěn)定力矩越大。其他穩(wěn)定力矩①上反角：上反角的存在，使側(cè)滑前翼的迎角更大，因此阻力也更大。上反角使側(cè)滑前翼迎角大，阻力大，從而產(chǎn)生方向穩(wěn)定力矩。②后掠角：后掠角的存在，使側(cè)滑前翼的相對(duì)氣流有效分速大，因而阻力更大，從而產(chǎn)生方向穩(wěn)定力矩。方向阻尼力矩的產(chǎn)生——垂尾無人機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，垂尾處出現(xiàn)附加的側(cè)向氣流速度分量，導(dǎo)致垂尾出現(xiàn)側(cè)力，側(cè)力形成的力矩起到阻礙轉(zhuǎn)動(dòng)的作用，稱方向阻尼力矩。無人機(jī)的橫向穩(wěn)定性定義：無人機(jī)的橫側(cè)穩(wěn)定性，指的是飛行中，無人機(jī)受微小擾動(dòng)以至橫側(cè)平衡遭到破壞，在擾動(dòng)消失后，無人機(jī)自動(dòng)趨向恢復(fù)原平衡狀態(tài)的特性。橫向穩(wěn)定力矩上反角：上反角情況下，側(cè)滑前翼的迎角更大，升力大于側(cè)滑后翼的升力，從而產(chǎn)生繞縱軸的橫側(cè)穩(wěn)定力矩。后掠角：后掠角情況下，側(cè)滑前翼的有效分速大，因而升力大于側(cè)滑后翼的升力，從而產(chǎn)生橫側(cè)穩(wěn)定力矩。橫向阻尼力矩：后掠角情況下，側(cè)滑前翼的有效分速大，因而升力大于側(cè)滑后翼的升力，從而產(chǎn)生橫側(cè)穩(wěn)定力矩。影響無人機(jī)穩(wěn)定性的因素重心位置對(duì)固定翼無人機(jī)穩(wěn)定性的影響固定翼無人機(jī)的縱向穩(wěn)定性主要取決于其重心和焦點(diǎn)的位置，重心位置越靠前，重心到焦點(diǎn)的距離越遠(yuǎn)，固定翼無人機(jī)受擾動(dòng)后，所產(chǎn)生的俯仰穩(wěn)定力矩越大，固定體無人機(jī)的俯仰穩(wěn)定性越強(qiáng)。但是重心越靠前，固定翼無人機(jī)的配平阻力越大，為維持其平衡，要求機(jī)翼產(chǎn)生更大的升力。重心位置越靠后，所產(chǎn)生的穩(wěn)定力矩越小，即穩(wěn)定性越差，甚至有可能變?yōu)椴环€(wěn)定。重心位置越靠前，固定翼無人機(jī)的方向穩(wěn)定性越強(qiáng)。但增強(qiáng)得不明顯，因?yàn)橹匦牡酱刮矀?cè)力作用點(diǎn)的距離比重心到焦點(diǎn)的距離大得多，所以，重心位置移動(dòng)對(duì)方向穩(wěn)定性影響較小。重心位置前后移動(dòng)，不影響橫側(cè)穩(wěn)定性，因?yàn)橹匦奈恢们昂笠苿?dòng)不影響固定翼無人機(jī)滾轉(zhuǎn)力矩的大小。如果固定翼無人機(jī)重心逐漸向后移動(dòng)，將削弱其縱向穩(wěn)定性，甚至變?yōu)椴环€(wěn)定。所以在配置固定翼無人機(jī)時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意妥善安排各項(xiàng)載重的位置，不使其重心后移過多，以保證重心在所要求的范圍之內(nèi)。2.速度變化對(duì)固定翼無人機(jī)穩(wěn)定性的影響固定翼無人機(jī)擺動(dòng)衰減時(shí)間的長(zhǎng)短，主要取決于其阻尼力矩的大小，阻尼力矩越大，擺動(dòng)消失得越快，固定翼無人機(jī)恢復(fù)原平衡狀態(tài)越迅速。在同一高度上，固定翼無人機(jī)所產(chǎn)生的阻尼力矩與速度的一次方成正比，速度越大，阻尼力矩越大，迫使其擺動(dòng)迅速消失，因而固定翼無人機(jī)穩(wěn)定性增強(qiáng)。反之，速度越小，穩(wěn)定性越弱。3.高度變化對(duì)固定翼無人機(jī)穩(wěn)定性的影響高度升高空氣密度變小，固定翼無人機(jī)的阻尼力矩減小，固定翼無人機(jī)擺動(dòng)的衰減時(shí)間增長(zhǎng)，穩(wěn)定性減弱。4.大迎角飛行對(duì)固定翼無人機(jī)穩(wěn)定性的影響以接近臨界迎角的大迎角飛行時(shí)，因固定翼無人機(jī)的橫向阻尼力矩的方向可能發(fā)生變化，所以，固定翼無人機(jī)可能失去橫向穩(wěn)定性。[課堂小結(jié)]無人機(jī)的穩(wěn)定性固定翼無人機(jī)的平衡狀態(tài)會(huì)受到各種擾動(dòng)而發(fā)生變化。為了保持其平衡狀態(tài),固定翼無人機(jī)應(yīng)具有自動(dòng)恢復(fù)原來平衡狀態(tài)的特性,即固定翼無人機(jī)應(yīng)具有穩(wěn)定性。[課后體會(huì)]無人機(jī)的穩(wěn)定性是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，要努力理解無人機(jī)維持穩(wěn)定性的重點(diǎn)，即穩(wěn)定力矩和阻尼力矩及它們的合作的關(guān)系。說明本節(jié)重點(diǎn)及本節(jié)內(nèi)容必要性。引入單擺的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)重點(diǎn)講解討論：垂尾的工作原理回顧上反角和后掠角的優(yōu)點(diǎn)歸納總結(jié)：所有影響穩(wěn)定力矩和阻尼力矩的要素都會(huì)影響無人機(jī)的穩(wěn)定性課時(shí)教學(xué)教案課程:無人機(jī)飛行原理任課教師:XXX授課題目固定翼無人機(jī)基本飛行性能教學(xué)形式雙師授課班級(jí)授課日期教學(xué)目的無人機(jī)基本飛行性能的基本概念固定翼無人機(jī)平飛性能分析。固定翼無人機(jī)上升性能分析。固定翼無人機(jī)下降性能分析。重點(diǎn)1、固定翼無人機(jī)平飛、上升、下降的條件。2、影響無人機(jī)基本飛行性能的因素。難點(diǎn)1、無人機(jī)的基本飛行性能分析。2、影響無人機(jī)飛行性能的因素課堂結(jié)構(gòu)及時(shí)間分配復(fù)習(xí)引入………………..…（5分鐘）教學(xué)內(nèi)容固定翼無人機(jī)平飛性能分析………..（30分鐘）固定翼無人機(jī)上升性能分析………...（25分鐘）固定翼無人機(jī)下降性能分析……………………...（25分鐘）課堂小結(jié)………………….…（5分鐘）課后體會(huì)i教學(xué)過程及教學(xué)內(nèi)容[復(fù)習(xí)引入]引入：固定翼無人機(jī)的基本飛行性能也稱穩(wěn)定飛行性能，它主要包括平飛性能、上升性能和下滑性能。[教學(xué)內(nèi)容]固定翼無人機(jī)平飛性能分析固定翼無人機(jī)作等高等速的直線運(yùn)動(dòng)，叫平飛。固定翼無人機(jī)保持平飛，就是保持飛行高度和速度不變的直線飛行。固定翼無人機(jī)能否保持平飛，主要是固定翼無人機(jī)的各力和力矩能否平衡。為了保持飛行速度不變，就需要推力與阻力平衡。為了保持飛行高度不變，就需要升力與重力平衡。這兩個(gè)方面都是保持等速平飛所不可缺少的條件。表達(dá)式為：保持平飛高度；L=W 保持平飛速度；P=D固定翼無人機(jī)上升性能分析定義：固定翼無人機(jī)作等速直線向上的運(yùn)動(dòng)叫做上升。上升的條件：P=W2+D（保持等速）L=W1+W2（保持直線）上升角與上升率（1）上升角上升角是固定翼無人機(jī)上升飛行路線與水平線之間的夾角。上升角越大，代表經(jīng)過同樣的水平距離上升的高度越高。（2）上升率上升率是固定翼無人機(jī)或無人直升機(jī)或多旋翼無人機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)上升的垂直距離。上升率越大，代表無人機(jī)上升越快，能迅速取得高度優(yōu)勢(shì)。通常用最大上升率來表示無人機(jī)的上升性能。升限①理論升限由于固定翼無人機(jī)的飛行高度越高，其可用推力越小，剩余推力越小，所以上升率也越小。固定翼無人機(jī)上升到某一高度時(shí)，由于剩余推力沒有了，上升率勢(shì)必減小到零。此時(shí)，固定翼無人機(jī)不可能再繼續(xù)上升。這個(gè)上升率為零的高度叫理論上升限度，簡(jiǎn)稱理論升限。理論升限是固定翼無人機(jī)在給定的重量和發(fā)動(dòng)機(jī)在最大油門狀態(tài)下穩(wěn)定上升，上升率減小到零時(shí)的飛行高度。②實(shí)用升限實(shí)用升限是指固定翼無人機(jī)穩(wěn)定上升，最大上升率減小到某一數(shù)值時(shí)的飛行高度。固定翼無人機(jī)的下降性能分析定義：固定翼無人機(jī)沿小角度向下的軌跡所做的等速直線飛行叫做下滑下滑條件：D=W2 （保持下滑速度）L=W1 （保持直線運(yùn)動(dòng)）下滑性能固定翼無人機(jī)的下滑性能主要包括最小下滑角和最大下滑距離。（1）下滑角與升阻比下滑飛行路線與水平線之間的夾角，叫下滑角（用θ表示）。（2）下滑距離固定翼無人機(jī)從一定高度開始下滑，降低到另一高度，所經(jīng)過的水平距離，叫下滑距離（L下滑）（3）滑翔：固定翼無人機(jī)在動(dòng)力停止后（無動(dòng)力）靠自身重力的下滑飛行，叫做滑翔，固定翼無人機(jī)無動(dòng)力后，下滑角增大，下滑距離比穩(wěn)定下滑的距離長(zhǎng)。（4）俯沖：俯沖是固定翼無人機(jī)沿著較陡的傾斜軌跡作加速直線下降的飛行。俯沖的飛行軌跡與地面的夾角稱為俯沖角，通常為30°～90°。3.6無人機(jī)的起飛和著陸性能一、起飛性能分析1.起飛過程：固定翼無人機(jī)從開始滑跑、離開地面并上升到一定高度（通常為25m）的運(yùn)動(dòng)過程為起飛過程。起飛滑跑距離固定翼無人機(jī)從滑跑到離地這一段距離，叫起飛滑跑距離?；芫嚯x越短代表固定翼無人機(jī)的起飛性能就越好。固定翼無人機(jī)的起飛滑跑過程是一個(gè)加速的過程，必須先滑跑，獲得足夠的速度之后，機(jī)翼上就可以產(chǎn)生足夠的升力使其離地升空，所以固定翼無人機(jī)滑跑的目的就是為了盡快增大速度，得到足以支持重力的升力。固定翼無人機(jī)加速滑跑，當(dāng)速度增大到一定程度，升力大于重力時(shí)，固定翼無人機(jī)就能離地。離地速度固定翼無人機(jī)的起飛滑跑是直線加速過程，隨著速度的增大，升力也隨著增大，當(dāng)速度增大到使得升力大于重力時(shí)，即可離地，這個(gè)使固定翼無人機(jī)在起飛過程中升力增加到等于重力時(shí)的瞬時(shí)滑跑速度就是固定翼無人機(jī)的離地速度。影響起飛性能的因素（1）動(dòng)力裝置：當(dāng)固定翼無人機(jī)的離地速度一定時(shí)，滑跑中的加速度越大，滑跑距離就越短。當(dāng)重量一定時(shí)，動(dòng)力裝置的推力或拉力越大，滑跑時(shí)的加速度就越大，滑跑距離就越短。因此，起飛時(shí)必須大油門，增大推力，以獲得足夠的加速度，進(jìn)而縮短起飛滑跑距離。（2）增升裝置固定翼無人機(jī)上常用的增升裝置主要有襟翼、縫翼。二、著陸性能分析1.著陸過程：固定翼無人機(jī)從離地面一定高度起（通常為25m或15m）下滑，直至著陸滑跑停止為止，這一減速運(yùn)動(dòng)的過程，稱為著陸。著陸包括下滑、拉平、平飄、接地和著陸滑跑五個(gè)階段。著陸距離：著陸距離是指固定翼無人機(jī)從離地面一定高度起（通常為25m或15m）下滑并降落于地面到停止滑跑所經(jīng)過的水平距離。接地速度：接地時(shí)，為了不使固定翼無人機(jī)下沉太快，以免與地面猛烈撞擊，經(jīng)過一段平飄，仍需保持一定速度，使升力能平衡重力，待升力稍小于重力，即可平穩(wěn)地輕輕接地。保持升力等于重力而接地的瞬時(shí)飛行速度，稱為接地速度。著陸滑跑距離：固定翼無人機(jī)從接地開始到滑跑停止所經(jīng)過的距離，稱為著陸滑跑距離。著陸滑跑距離的長(zhǎng)短是由接地速度和著陸滑跑階段中的加速度所決定的。接地速度越小，滑跑距離越短。影響著陸性能的因素影響著陸性能的因素主要有著陸接地速度、減速裝置的效率（加速度）等。[課堂小結(jié)]無人機(jī)能飛多高、多遠(yuǎn)、多快都與其飛行性能相關(guān)，本部分內(nèi)容做重點(diǎn)了解。[課后體會(huì)]無人機(jī)是否具有良好的飛行性能，對(duì)于操縱者來講至關(guān)重要。通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，在以后的飛行中飛手應(yīng)該具有初盼無人機(jī)飛行性格優(yōu)劣的能力。說明本節(jié)重點(diǎn)及本節(jié)內(nèi)容必要性。理解無人機(jī)的平飛受力分析重點(diǎn)講解受力分析滑翔是一種特殊的下滑注意不同國(guó)家安全高度是不同的通過視頻欣賞固定翼無人機(jī)的著陸過程課時(shí)教學(xué)教案課程:無人機(jī)飛行原理任課教師:XXX授課題目旋翼無人機(jī)飛行原理教學(xué)形式雙師共課時(shí)授課班級(jí)授課日期教學(xué)目的了解旋翼產(chǎn)生拉力的原理。掌握自動(dòng)傾斜器的結(jié)構(gòu)。掌握直升機(jī)的飛行原理。理解直升機(jī)的反扭矩。重點(diǎn)1、直升機(jī)的結(jié)構(gòu)。2、直升機(jī)的飛行原理。難點(diǎn)1、直升機(jī)的自動(dòng)傾斜器的結(jié)構(gòu)及原理。2、直升機(jī)反扭矩的方式課堂結(jié)構(gòu)及時(shí)間分配復(fù)習(xí)引入………………..…（5分鐘）教學(xué)內(nèi)容旋翼產(chǎn)生拉力的原理………………..（10分鐘）旋翼的揮舞與擺陣運(yùn)動(dòng)……………...（25分鐘）直升機(jī)的飛行原理………………...（25分鐘）直升機(jī)的尾槳………………………（20分鐘）…課堂小結(jié)………………….…（5分鐘）課后體會(huì)i教學(xué)過程及教學(xué)內(nèi)容[復(fù)習(xí)引入]引入：螺旋槳產(chǎn)生升力的原理。[教學(xué)內(nèi)容]旋翼產(chǎn)生拉力的原理旋翼產(chǎn)生拉力的原理因旋翼的翼型（切面形狀）與固定翼無人機(jī)機(jī)翼的翼型相似故旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，氣流以一定的迎角流過槳葉，如同氣流以一定的迎角流過機(jī)翼一樣，其產(chǎn)生升力的原理相同。旋翼拉力的方向無人直升機(jī)靜止時(shí)，因揮舞鉸的存在且受自身重力作用會(huì)下垂.無人直升機(jī)槳葉旋轉(zhuǎn)時(shí)，各槳葉除自身重力外，還有空氣動(dòng)力（R）和慣性離心力（F離心）。其中空氣動(dòng)力中的拉力（T）會(huì)使槳葉向上揚(yáng)起，慣性離心力（F離心）力圖將槳葉拉平。由于拉力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于重力，當(dāng)這三個(gè)力對(duì)揮舞絞形成的力矩取得平衡時(shí)，槳葉會(huì)向上揚(yáng)起一定的角度。由于各槳葉在旋轉(zhuǎn)中都向上揚(yáng)起，所以旋翼旋轉(zhuǎn)時(shí)就形成了一個(gè)倒立的圓錐形狀，稱為旋翼錐體。運(yùn)動(dòng)中旋翼的受力分析旋翼形成倒立的錐體時(shí)，各槳葉的拉力都相應(yīng)地向內(nèi)側(cè)傾斜一個(gè)角度。各槳葉上的拉力T槳葉，可以分解成一個(gè)與槳尖旋轉(zhuǎn)平面垂直的分力和一個(gè)與槳尖旋轉(zhuǎn)平面平行的分力。由于旋翼各槳葉上產(chǎn)生的拉力基本相等，所以總拉力的作用線與錐體軸重合。當(dāng)旋翼錐體傾斜時(shí)，拉力也隨之傾斜。直升機(jī)向前飛行時(shí)，槳葉轉(zhuǎn)到不同方位時(shí)相對(duì)氣流速度是不同的，其拉力不相等。旋翼的揮舞與擺陣運(yùn)動(dòng)主旋翼為直升機(jī)飛行產(chǎn)生升力和操縱力的核心部件。旋翼系統(tǒng)：數(shù)片槳葉——與空氣相對(duì)作用，產(chǎn)生空氣動(dòng)力。一個(gè)槳轂——連接槳葉和旋翼軸，以轉(zhuǎn)動(dòng)旋翼。螺旋槳與旋翼：“旋翼”是“旋轉(zhuǎn)的”機(jī)翼，產(chǎn)生升力的原理和固定翼飛機(jī)的機(jī)翼一樣，只是整體非常細(xì)長(zhǎng)，沿半徑方向幾乎沒有發(fā)生迎角變化——也就是說旋翼幾乎是不扭轉(zhuǎn)的，即使有也很小，不像螺旋槳那樣明顯。槳轂：連接槳葉、連接傳動(dòng)主軸，槳葉與槳轂之間螺絲需擰緊，但不宜過緊。自動(dòng)傾斜器：槳葉的揮舞運(yùn)動(dòng)——揮舞鉸（水平鉸）；槳葉的擺陣運(yùn)動(dòng)——擺振鉸（垂直鉸）；槳葉的變距運(yùn)動(dòng)——變距鉸（軸向鉸）直升機(jī)的飛行原理直升機(jī)一種旋翼飛行器，直升機(jī)飛行所需的升力是靠旋翼旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的，同時(shí)，旋翼又是直升機(jī)的操縱面，直升機(jī)通過旋翼拉力的傾斜實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退和側(cè)飛。直升機(jī)垂直飛行：通過同時(shí)改變各片槳葉安裝角（槳距）的大小，改變旋翼升力的大小，從而實(shí)現(xiàn)直升機(jī)的懸停、垂直上升和垂直下降?！咀兛偩唷恐鄙龣C(jī)水平飛行：前飛、側(cè)飛、后飛是通過調(diào)整旋翼槳盤向所需飛行方向傾斜，產(chǎn)生所需方向的水平分力，從而實(shí)現(xiàn)該方向的水平飛行。【周期變距】尾槳旋翼的反作用力矩?zé)o人直升機(jī)的旋翼克服空氣阻力旋轉(zhuǎn)時(shí)，根據(jù)牛頓第三定律，槳葉在撥動(dòng)空氣的同時(shí)，空氣也給各槳葉一個(gè)大小相等、方向相反的反作用力，這個(gè)反作用力對(duì)旋翼轉(zhuǎn)軸所構(gòu)成的力矩就是旋翼的反作用力矩。旋翼的反作用力矩傳到固定翼直升機(jī)的機(jī)體上，就會(huì)使其向旋翼旋轉(zhuǎn)的反方向偏轉(zhuǎn)。即旋翼順時(shí)針旋轉(zhuǎn)（俯視），其反作用力矩使機(jī)頭向左偏轉(zhuǎn)。尾槳的作用（1）尾槳產(chǎn)生的拉力(或推力)通過力臂形成偏轉(zhuǎn)力矩，用以平衡旋翼的反作用力矩(即反扭轉(zhuǎn))；（2）相當(dāng)于一個(gè)直升機(jī)的垂直安定面，改善直升機(jī)的方向穩(wěn)定性。而且，可以通過加大或減小尾槳的拉力(推力)來實(shí)現(xiàn)直升機(jī)的航向操縱；（3）某些直升機(jī)的尾軸向上斜置一個(gè)角度，可以提供部分升力，也可以調(diào)整直升機(jī)重心范圍。3.按平衡扭矩的方法來確定布局形式如下：[課堂小結(jié)]旋翼無人機(jī)飛行原理首先要掌握旋翼系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其工作原理，在此基礎(chǔ)上才能更好的理解無人直升機(jī)的飛行原理。[課后體會(huì)]本次課內(nèi)容較難，在課程講授過程中，培養(yǎng)孩子深入思考、探討的能力。說明本節(jié)重點(diǎn)及本節(jié)內(nèi)容必要性。重點(diǎn)講解，結(jié)合機(jī)翼產(chǎn)生升力的原理受力分析難點(diǎn)重點(diǎn)講解結(jié)合視頻重點(diǎn)講解尾槳可看作一小的旋翼補(bǔ)充：無人機(jī)直升機(jī)的機(jī)體布局課時(shí)教學(xué)教案課程:無人機(jī)飛行原理任課教師:授課題目多旋翼無人機(jī)飛行原理教學(xué)形式共課時(shí)授課班級(jí)授課日期年月日教學(xué)目的1、掌握螺旋槳產(chǎn)生拉力的原理2、了解多旋翼無人機(jī)的氣動(dòng)布局3、掌握多旋翼無人機(jī)飛行原理重點(diǎn)1、多旋翼無人機(jī)氣動(dòng)布局。2、多旋翼無人機(jī)飛行原理。難點(diǎn)多旋翼無人機(jī)偏航飛行原理。會(huì)分析X布局多旋翼無人機(jī)飛行原理。課堂結(jié)構(gòu)及時(shí)間分配復(fù)習(xí)引入…………………..……（5分鐘）教學(xué)內(nèi)容（一）多旋翼無人機(jī)拉力產(chǎn)生的原理……….…（15分鐘）（二）多旋翼無人機(jī)的氣動(dòng)布局…………….…（25分鐘）（三）多旋翼無人機(jī)飛行原理……………….…（40分鐘）課堂小結(jié)…………………….…（5分鐘）課后體會(huì)教學(xué)過程及教學(xué)內(nèi)容[復(fù)習(xí)引入]討論：竹蜻蜓、牛頓第三定律、扭矩與反扭矩[教學(xué)內(nèi)容]多旋翼無人機(jī)拉力控制原理多旋翼無人機(jī)拉力產(chǎn)生的原理●螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生拉力，拉力隨著轉(zhuǎn)速的增加而增加;●當(dāng)螺旋槳的拉力等于其所承受的重力時(shí)，無人機(jī)處于懸停狀態(tài);●當(dāng)轉(zhuǎn)速增加進(jìn)一步提高時(shí)，拉力則持續(xù)上升，這時(shí)無人機(jī)就會(huì)上升;●對(duì)于多旋翼無人機(jī)而言通過控制螺旋槳轉(zhuǎn)速就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)無人機(jī)升力的控制。●控制功率可以控制轉(zhuǎn)速，對(duì)于多旋翼無人機(jī)，控制電流的大小就可以實(shí)現(xiàn)控制功率。●多旋翼無人機(jī)中，控制螺旋槳拉力大小是依靠控制電流大小來實(shí)現(xiàn)的（電調(diào)）?！褫斎腚娏髟酱?，轉(zhuǎn)速越大，拉力就會(huì)增加;反之，轉(zhuǎn)速、拉力都會(huì)減小。二、多旋翼無人機(jī)氣動(dòng)布局多旋翼無人機(jī)氣動(dòng)布局：四旋翼無人機(jī)螺旋槳旋轉(zhuǎn)方向電機(jī)M1和M3逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，電機(jī)M2和M4順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，這樣設(shè)計(jì)的目的是∶當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速相等時(shí)，電機(jī)自身的反扭矩相互抵消，無人機(jī)的航向保持不變。三、多旋翼無人機(jī)飛行原理多旋翼飛行器是通過調(diào)節(jié)多個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速來改變螺旋槳轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)升力的變化，進(jìn)而達(dá)到飛行姿態(tài)控制的目的。以四旋翼飛行器為例，飛行原理如下圖所示，電機(jī)1和電機(jī)3逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，電機(jī)2和電機(jī)4順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，因此飛行器平衡飛行時(shí)，陀螺效應(yīng)和空氣動(dòng)力扭矩效應(yīng)全被抵消。與傳統(tǒng)的直升機(jī)相比，四旋翼飛行器的優(yōu)勢(shì)：各個(gè)旋翼對(duì)機(jī)身所產(chǎn)生的反扭矩與旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相反，因此當(dāng)電機(jī)1和電機(jī)3逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)2和電機(jī)4順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，可以平衡旋翼對(duì)機(jī)身的反扭矩。一般情況下，多旋翼飛行器可以通過調(diào)節(jié)不同電機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)4個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)，分別為：垂直、俯仰、橫滾和偏航。垂直運(yùn)動(dòng)，即升降控制在圖（a）中，兩對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)向相反，可以平衡其對(duì)機(jī)身的反扭矩，當(dāng)同時(shí)增加四個(gè)電機(jī)的輸出功率，旋翼轉(zhuǎn)速增加使得總的拉力增大，當(dāng)總拉力足以克服整機(jī)的重量時(shí)，四旋翼飛行器便離地垂直上升；反之，同時(shí)減小四個(gè)電機(jī)的輸出功率，四旋翼飛行器則垂直下降，直至平衡落地，實(shí)現(xiàn)了沿z軸的垂直運(yùn)動(dòng)。當(dāng)外界擾動(dòng)量為零時(shí)，在旋翼產(chǎn)生的升力等于飛行器的自重時(shí)，飛行器便保持懸停狀態(tài)。保證四個(gè)旋翼轉(zhuǎn)速同步增加或減小是垂直運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵。俯仰運(yùn)動(dòng)，即前后控制在圖（b）中，電機(jī)1的轉(zhuǎn)速上升，電機(jī)3的轉(zhuǎn)速下降，電機(jī)2、電機(jī)4的轉(zhuǎn)速保持不變。為了不因?yàn)樾磙D(zhuǎn)速的改變引起四旋翼飛行器整體扭矩及總拉力改變，旋翼1與旋翼3轉(zhuǎn)速該變量的大小應(yīng)相等。由于旋翼1的升力上升，旋翼3的升力下降，產(chǎn)生的不平衡力矩使機(jī)身繞y軸旋轉(zhuǎn)（方向如圖所示），同理，當(dāng)電機(jī)1的轉(zhuǎn)速下降，電機(jī)3的轉(zhuǎn)速上升，機(jī)身便繞y軸向另一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)飛行器的俯仰運(yùn)動(dòng)。橫滾運(yùn)動(dòng)，即左右控制與圖（b）的原理相同，在圖（c）中，改變電機(jī)2和電機(jī)4的轉(zhuǎn)速，保持電機(jī)1和電機(jī)3的轉(zhuǎn)速不變，便可以使機(jī)身繞x軸方向旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)飛行器橫滾運(yùn)動(dòng)。偏航運(yùn)動(dòng)，即旋轉(zhuǎn)控制四旋翼飛行器偏航運(yùn)動(dòng)可以借助旋翼產(chǎn)生的反扭矩來