無人機概論（第2版）課件：無人機飛行原理

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無人機飛行原理流體基本特性1.流體的可壓縮性、聲速c、黏性和傳熱性（1）流體的可壓縮性對流體施加壓力，流體的體積會發(fā)生變化。在一定溫度條件下，具有一定質量流體的體積或密度隨壓力變化而改變的特性，稱為可壓縮性(或稱彈性)。（2）流體的聲速c聲速c是指聲波在流體中傳播的速度，單位是m/s。（3）流體的黏性一般情況下，摩擦有外摩擦和內摩擦兩種。一個固體在另一個固體上滑動時產生的摩擦叫外摩擦，而同一種流體相鄰流動層間相對滑動時產生的摩擦叫內摩擦，也叫做流體的黏性。2

無人機飛行原理1.流體的可壓縮性、聲速c、黏性和傳熱性(4)流體的傳熱性流體的傳熱性也是流體的一個重要物理屬性。當流體中沿某一方向存在著溫度梯度時，熱量就會由溫度高的地方傳向溫度低的地方，這種性質稱為流體的傳熱性。2.相對運動原理

物體在靜止的空氣中運動或氣流流過靜止的物體，如果兩者相對速度相等物體上所受的空氣動力完全相等，這個原理就叫做“相對運動原理”。流體基本特性3

無人機飛行原理1.連續(xù)性定理流體的連續(xù)性原理指出:當流體穩(wěn)定連續(xù)地流過一個粗細不等的管子時，如圖所示，由于管子中任一部分的流體都不能中斷或堆積起來，因此，在同一時間內，流進任一切面的流體質量可見，連續(xù)性原理實質上是質量守恒定律在流體中的應用。

氣流流動的基本規(guī)律4

無人機飛行原理1.連續(xù)性定理根據連續(xù)性原理，空氣流過管子任意兩切面的流量應該相等，即

氣流流動的基本規(guī)律上式稱為流體的連續(xù)性方程。從式中可以看出，氣流速度的大小是由切面面積和密度兩個因素決定的。5

無人機飛行原理2.伯努利定理當空氣穩(wěn)定連續(xù)地流過一條流管時，流速快的地方壓力小，流速慢的地方壓力大。這就是伯努利定理的基本內容。伯努利定理的數學表達式即伯努利方程為：

氣流流動的基本規(guī)律6

無人機飛行原理3.地面效應地面效應是一種使飛行器誘導阻力減小，同時能獲得比空中飛行更高升阻比的流體力學效應：當運動的飛行器掉到距地面（或水面）很近時，整個飛行器體的上下壓力差增大，升力會陡然增加。

氣流流動的基本規(guī)律7

無人機飛行原理1.升力的產生作用在無人機上的空氣動力包括升力和阻力兩部分。升力主要靠機翼來產生，并用來克服無人機自身的重力，而阻力要靠發(fā)動機產生的推力來平衡，這樣才能保證無人機在空中水平等速直線飛行。

作用在無人機上的空氣動力1-空氣動力作用點；2-前緣；3-后緣；4-翼弦

翼型和作用在翼型上的空氣動力8

無人機飛行原理1.升力的產生隨著迎角的增大，升力也會隨之增大，但當迎角增大到一定程度時，氣流就會從機翼前緣開始分離，尾部會出現很大的渦流區(qū)，這時，升力會突然下降，而阻力卻迅速增大，這種現象稱為“失速”，失速剛剛出現時的迎角叫“臨界迎角”。無人機不應以接近或大于臨界迎角的狀態(tài)飛行，此時，會使無人機產生失速，甚至造成飛行事故。

作用在無人機上的空氣動力9

無人機飛行原理2.影響無人機升力的因素（1）機翼面積的影響（2）相對速度的影響（3）空氣密度的影響（4）機翼剖面形狀和迎角的影響

作用在無人機上的空氣動力升力公式為：10

無人機飛行原理3.增升裝置為了使無人機在盡可能小的速度下產生足夠的升力，提高無人機的起飛和著陸性能，需要采用“增升裝置”。增升原則：（1）改變機翼剖面形狀，增大機翼彎度；（2）增大機翼面積；（3）改變氣流的流動狀態(tài)，控制機翼上的附面層，延緩氣流分離。

作用在無人機上的空氣動力11

無人機飛行原理4.

阻力空氣與無人機作相對運動時，除產生升力外，還要產生阻礙無人機前進的阻力。無人機阻力按其產生原因的不同，分為摩擦阻力、壓差阻力、干擾阻力、誘導阻力。（1）摩擦阻力摩擦阻力是由于大氣的粘性而產生的。摩擦阻力的大小，取決于空氣的粘性、無人機表面的狀況、附面層中氣流的流動情況和同氣流接觸的無人機表面積的大小?？諝獾恼承栽酱?，無人機表面越粗糙，無人機的表面積越大，則摩擦阻力越大。為了減小摩擦阻力，應在這些方面采取必要的措施。

作用在無人機上的空氣動力12

無人機飛行原理4.

阻力（2）壓差阻力翼型前后就形成了一個壓強差，阻礙無人機的向前飛行，因此，把這個由前后壓強差形成的阻力叫做“壓差阻力”。壓差阻力與物體的迎風面積有很大關系，物體的迎風面積越大，壓差阻力也越大。物體的形狀對壓差阻力也有很大影響。為了減小無人機的壓差阻力，應盡量減小無人機的最大迎風面積，并對無人機的各部件進行整流，做成流線形。

作用在無人機上的空氣動力13

無人機飛行原理4.

阻力（3）誘導阻力誘導阻力是伴隨著升力而產生的，由升力誘導而產生的阻力叫“誘導阻力”。誘導阻力與機翼的平面形狀、翼剖面形狀、展弦比等有關?？梢酝ㄟ^增大展弦比，選擇適當的平面形狀。（4）干擾阻力所謂“干擾阻力”就是無人機各部件組合到一起后由于氣流的相互干擾而產生的一種額外阻力。干擾阻力和無人機不同部件之間的相對位置有關，因此，在設計時要妥善地考慮和安排各部件的相對位置，必要時在這些部件之間加裝流線形的整流片，使連接處圓滑過渡，盡量減小旋渦的產生。

作用在無人機上的空氣動力14

無人機飛行原理1.多旋翼無人機結構形式旋翼對稱分布在機體的前后、左右四個方向，四個旋翼處于同一高度平面，且四個旋翼的結構和半徑都相同，四個電機對稱的安裝在飛行器的支架端，支架中間空間安放飛行控制計算機和外部設備。結構形式如圖

所示。

無人機的穩(wěn)定性和操縱性15

無人機飛行原理2.工作原理

四旋翼飛行器通過調節(jié)四個電機轉速來改變旋翼轉速，實現升力的變化，從而控制飛行器的姿態(tài)和位置。