無人機(jī)概論（第2版）課件：無人機(jī)飛行原理

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無人機(jī)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(zhì)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(nèi)摩擦兩種。一個(gè)固體在另一個(gè)固體上滑動時(shí)產(chǎn)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(shí)產(chǎn)生的摩擦叫內(nèi)摩擦，也叫做流體的黏性。2

無人機(jī)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(gè)重要物理屬性。當(dāng)流體中沿某一方向存在著溫度梯度時(shí)，熱量就會由溫度高的地方傳向溫度低的地方，這種性質(zhì)稱為流體的傳熱性。2.相對運(yùn)動原理

物體在靜止的空氣中運(yùn)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(gè)原理就叫做“相對運(yùn)動原理”。流體基本特性3

無人機(jī)飛行原理1.連續(xù)性定理流體的連續(xù)性原理指出:當(dāng)流體穩(wěn)定連續(xù)地流過一個(gè)粗細(xì)不等的管子時(shí)，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(shí)間內(nèi)，流進(jìn)任一切面的流體質(zhì)量可見，連續(xù)性原理實(shí)質(zhì)上是質(zhì)量守恒定律在流體中的應(yīng)用。

氣流流動的基本規(guī)律4

無人機(jī)飛行原理1.連續(xù)性定理根據(jù)連續(xù)性原理，空氣流過管子任意兩切面的流量應(yīng)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(gè)因素決定的。5

無人機(jī)飛行原理2.伯努利定理當(dāng)空氣穩(wěn)定連續(xù)地流過一條流管時(shí)，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(nèi)容。伯努利定理的數(shù)學(xué)表達(dá)式即伯努利方程為：

氣流流動的基本規(guī)律6

無人機(jī)飛行原理3.地面效應(yīng)地面效應(yīng)是一種使飛行器誘導(dǎo)阻力減小，同時(shí)能獲得比空中飛行更高升阻比的流體力學(xué)效應(yīng)：當(dāng)運(yùn)動的飛行器掉到距地面（或水面）很近時(shí)，整個(gè)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(jī)飛行原理1.升力的產(chǎn)生作用在無人機(jī)上的空氣動力包括升力和阻力兩部分。升力主要靠機(jī)翼來產(chǎn)生，并用來克服無人機(jī)自身的重力，而阻力要靠發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的推力來平衡，這樣才能保證無人機(jī)在空中水平等速直線飛行。

作用在無人機(jī)上的空氣動力1-空氣動力作用點(diǎn)；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(jī)飛行原理1.升力的產(chǎn)生隨著迎角的增大，升力也會隨之增大，但當(dāng)迎角增大到一定程度時(shí)，氣流就會從機(jī)翼前緣開始分離，尾部會出現(xiàn)很大的渦流區(qū)，這時(shí)，升力會突然下降，而阻力卻迅速增大，這種現(xiàn)象稱為“失速”，失速剛剛出現(xiàn)時(shí)的迎角叫“臨界迎角”。無人機(jī)不應(yīng)以接近或大于臨界迎角的狀態(tài)飛行，此時(shí)，會使無人機(jī)產(chǎn)生失速，甚至造成飛行事故。

作用在無人機(jī)上的空氣動力9

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

作用在無人機(jī)上的空氣動力升力公式為：10

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

作用在無人機(jī)上的空氣動力11

無人機(jī)飛行原理4.

阻力空氣與無人機(jī)作相對運(yùn)動時(shí)，除產(chǎn)生升力外，還要產(chǎn)生阻礙無人機(jī)前進(jìn)的阻力。無人機(jī)阻力按其產(chǎn)生原因的不同，分為摩擦阻力、壓差阻力、干擾阻力、誘導(dǎo)阻力。（1）摩擦阻力摩擦阻力是由于大氣的粘性而產(chǎn)生的。摩擦阻力的大小，取決于空氣的粘性、無人機(jī)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(jī)表面積的大小。空氣的粘性越大，無人機(jī)表面越粗糙，無人機(jī)的表面積越大，則摩擦阻力越大。為了減小摩擦阻力，應(yīng)在這些方面采取必要的措施。

作用在無人機(jī)上的空氣動力12

無人機(jī)飛行原理4.

阻力（2）壓差阻力翼型前后就形成了一個(gè)壓強(qiáng)差，阻礙無人機(jī)的向前飛行，因此，把這個(gè)由前后壓強(qiáng)差形成的阻力叫做“壓差阻力”。壓差阻力與物體的迎風(fēng)面積有很大關(guān)系，物體的迎風(fēng)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(jī)的壓差阻力，應(yīng)盡量減小無人機(jī)的最大迎風(fēng)面積，并對無人機(jī)的各部件進(jìn)行整流，做成流線形。

作用在無人機(jī)上的空氣動力13

無人機(jī)飛行原理4.

阻力（3）誘導(dǎo)阻力誘導(dǎo)阻力是伴隨著升力而產(chǎn)生的，由升力誘導(dǎo)而產(chǎn)生的阻力叫“誘導(dǎo)阻力”。誘導(dǎo)阻力與機(jī)翼的平面形狀、翼剖面形狀、展弦比等有關(guān)。可以通過增大展弦比，選擇適當(dāng)?shù)钠矫嫘螤睢＃?）干擾阻力所謂“干擾阻力”就是無人機(jī)各部件組合到一起后由于氣流的相互干擾而產(chǎn)生的一種額外阻力。干擾阻力和無人機(jī)不同部件之間的相對位置有關(guān)，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)要妥善地考慮和安排各部件的相對位置，必要時(shí)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(chǎn)生。

作用在無人機(jī)上的空氣動力14

無人機(jī)飛行原理1.多旋翼無人機(jī)結(jié)構(gòu)形式旋翼對稱分布在機(jī)體的前后、左右四個(gè)方向，四個(gè)旋翼處于同一高度平面，且四個(gè)旋翼的結(jié)構(gòu)和半徑都相同，四個(gè)電機(jī)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(jì)算機(jī)和外部設(shè)備。結(jié)構(gòu)形式如圖

所示。

無人機(jī)的穩(wěn)定性和操縱性15

無人機(jī)飛行原理2.工作原理

四旋翼飛行器通過調(diào)節(jié)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速來改變旋翼轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)升力的變化，從而控制飛行器的姿態(tài)和位置。