無人機理論與法規(guī)朱紅梅39課件

無人機理論與法規(guī)教師：朱紅梅02固定翼無人機飛行原理空氣動力學基礎固定翼無人機的飛行原理直升機型無人機飛行原理多旋翼無人機的飛行原理PART2PART1PART3PART4Part1空氣動力學基礎PART1一.大氣的性質二.氣體流動的基本規(guī)律三.無人機飛行的運動規(guī)律什么是空氣動力相對氣流飛機的相對氣流方向與飛行速度方向相反只要相對氣流速度相同，飛機產(chǎn)生的空氣動力就相同爬升時下降時平飛時水平轉彎1.速度與加速度速度：物體移動的快慢及方向，常用的單位是每秒多少米（m/s）。加速度：速度的改變率，我常用的單位是（m/s2），如果加速度是負數(shù)，則代表減速。2.牛頓運動定律牛頓運動定律包括牛頓第一運動定律、牛頓第二運動定律和牛頓第三運動定律三條定律，由艾薩克·牛頓在1687年于《自然哲學的數(shù)學原理》一書中總結提出。

牛頓第一運動定律：一切物體在沒有受到外力作用的時候，總保持勻速直線運動或靜止狀態(tài)，也就是慣性定律。第一定律說明：一切物體都有慣性；力是改變物體運動狀態(tài)的原因。無人機飛行的運動規(guī)律當飛機在天上保持勻速直線飛行時，這時飛機所受的合力為零與一般人想象不同的是，當飛機降落保持相同下沉率下降，這時升力與重力的合力仍是零，升力并未減少，否則飛機會越掉越快。

牛頓第二運動定律：物體的加速度跟物體所受的合外力成正比，跟物體的質量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。

第二定律指出了力的作用效果：力使物體獲得加速度；飛機起飛滑行時引擎推力大于阻力，于是產(chǎn)生向前的加速度，速度越來越快阻力也越來越大，遲早引擎推力會等于阻力，于是加速度為零，速度不再增加，當然飛機此時早已飛在天空了。

牛頓第三運動定律：兩個物體之間的作用力和反作用力，在同一直線上，大小相等，方向相反。

第三定律揭示出力的本質：力是物體間的相互作用。無人機飛行的運動規(guī)律Part2固定翼無人機的飛行原理PART21.飛行三要素2.升力的產(chǎn)生3.固定翼飛機的推力4.固定翼飛機的操縱固定翼類無人機是最早出現(xiàn)的無人機機型。常用的接收機通道名稱依然沿用了固定翼遙控飛機中使用的叫法：AIL-副翼；ELE-升降舵；THR-油門；RUD-方向舵；GRY-起落架等。這些名稱在多旋翼或者其它類型無人機中并不使用，但依然沿用這類稱呼，足見固定翼在無人機機型中的重要位置。固定翼無人機機翼平伸機體兩側，機翼主要產(chǎn)生升力，機翼相對固定固定翼無人機結構固定翼無人機飛行原理固定翼無人機飛行原理固定翼無人機的動力原理非常簡單：動量守恒。一般可通過機身前部或者后部的螺旋槳推送空氣提供反向動力，同時在高空中借助氣流飛行與姿態(tài)調整。借助副翼，升降舵，方向舵提供無人機飛行需要的橫滾，俯仰，姿態(tài)力矩——其實從名稱就可以一目了然地明確控制方法了。具有能產(chǎn)生升力的機翼,用來平衡飛機的重力。具有能提供拉力或推力的動力系統(tǒng),用來平衡飛機的阻力。具有能控制飛機姿態(tài)的操縱系統(tǒng)，讓飛機有可操縱性，使其按照預定的軌跡飛行。

飛行三要素

某同學為了探究飛機的升力，制作了一個機翼模型，并把它穿在一根鐵絲上，在鐵絲的上下各掛一個彈簧測力計，如圖所示，他再接通電源讓電風扇對著機翼吹風．下面是該同學對實驗結果做出的猜想，你認為正確的是（）

A．彈簧測力計A的讀數(shù)增大，B的讀數(shù)減小

B．彈簧測力計A的讀數(shù)減小，B的讀數(shù)增大

C．兩個彈簧測力計的讀數(shù)都增大

D．兩個彈簧測力計的讀數(shù)都減小升力的產(chǎn)生升力的產(chǎn)生相同的時間，相同的起點和終點，小狗的速度和人的速度哪一個更快？1726年，伯努利（Bernoulli瑞士物理學家、數(shù)學家、醫(yī)學家）通過無數(shù)次實驗，發(fā)現(xiàn)了“邊界層表面效應”：流體速度加快時，物體與流體接觸的界面上的壓力會減小，反之壓力會增加。為紀念這位科學家的貢獻，這一發(fā)現(xiàn)被稱為“伯努利效應”

（Bernoullieffect）。伯努利效應適用于包括氣體在內的一切流體，是流體作穩(wěn)定流動時的基本現(xiàn)象之一，反映出流體的壓強與流速的關系，流速與壓強的關系：流體的流速越大，壓強越小；流體的流速越小，壓強越大。25伯努利方程公式

p+1/2v2=常數(shù)伯努利定理伯努利定理空氣流到機翼前緣，分成上、下兩股氣流，分別沿機翼上、下表面流過，在機翼后緣重新匯合向后流去。機翼上表面比較凸出，流管較細，說明流速加快，壓力降低。而機翼下表面，氣流受阻擋作用，流管變粗，流速減慢，壓力增大。于是機翼上、下表面出現(xiàn)了壓力差，垂直于相對氣流方向的壓力差的總和就是機翼的升力。伯努利定理以其假設，越過機翼上下表面的氣流會在機尾相匯，據(jù)此計算氣流上下的速度差，利用伯努利定律得出壓力差，最后獲得的升力數(shù)據(jù)，會發(fā)現(xiàn)完全不足以支持飛機的重力。事實上，風洞試驗也驗證了上下表面的氣流并不會在機尾匯合?？颠_效應(CoandaEffect)亦稱附壁作用或柯恩達效應。流體（水流或氣流）有偏離原本流動方向，改為隨著凸出的物體表面流動的傾向。當流體與它流過的物體表面之間存在表面摩擦時（也可以說是流體粘性），只要曲率不大，流體就會順著該物體表面流動。根據(jù)牛頓第三定律，物體施與流體一個偏轉的力，則流體也必定要施與物體一個反向偏轉的力。這種力在輕質物體上體現(xiàn)得非常明顯，如湯勺，但對于大型飛機來說，比重并不是很大。這種作用是以羅馬尼亞發(fā)明家亨利·康達為名?？颠_效應(CoandaEffect)氣流流經(jīng)機翼曲面時，氣流會緊貼機翼表面。這樣，機翼的形狀有效地改變了氣流的方向，使離開機翼的氣流相對飛機作向下的高速運動。機翼推開氣流，但這個運動受力的反作用力作用于機翼上，相當于氣流也在推開機翼，這個力使得機翼向上舉起?？颠_效應(CoandaEffect)當一塊平板的方向不是與氣流運動方向嚴格垂直，那么，平板會受到氣流的沖擊。飛機的機翼與其自身有一定傾角4°左右，特別是，當飛機起飛時，要把機頭高高抬起，形成更大的傾角，這樣在低速時，也可以獲得較大的氣流沖擊效應，以便使幾十噸的飛機起飛。參考空氣密度、實際的空氣流量等參數(shù)，計算一下所能產(chǎn)生的升力，就會發(fā)現(xiàn)得到的結果仍然不足以支撐飛機的重力。氣流沖擊效應物體在氣流中的受力時非常復雜而無法簡化的，但是他們依然要遵守動量守恒定律和能量守恒定律。牛頓定律的基石在于動量守恒，而伯努利定律源于能量守恒，因此這兩個方程都可用于計算升力且都正確。所以，升力既可以解釋為由于氣流對飛機上下表面壓力不同的產(chǎn)生的，也可以解釋為飛機使氣流發(fā)生偏轉而獲得的反作用力產(chǎn)生。但是，氣流之所以具有不同的速度，和氣流之所以產(chǎn)生偏轉，其原因是非常復雜的而難以簡化的。某些情況下，飛機機翼上的細微變化就可能對升力大小產(chǎn)生巨大影響。流體力學方面的風洞實驗指在風洞中安置飛行器或其他物體模型，研究氣體流動及其與模型的相互作用，以了解實際飛行器或其他物體的空氣動力學特性的一種空氣動力實驗方法；風洞試驗美國國家航空航天局蘭利研究中心的跨音速風洞“風洞”就是用來產(chǎn)生人造氣流的管道，它利用人工產(chǎn)生和控制氣流，以模擬飛行器等物體在自然環(huán)境中的氣流運動狀況，同時可以觀察、量度氣流對物體的作用?！帮L洞”是研制飛行器的關鍵地面試驗設施，在航空飛行器研制中具有非常重要的主導作用，有人就形象地把風洞試驗稱作飛行器研制的“先行官”，沒有先進的風洞試驗設備，就不可能研制出先進的航空飛行器。就拿美國的F-22“猛禽”戰(zhàn)斗機來說，它的研制就歷經(jīng)了10年的風洞試驗過程，它的23種模型先后在15座不同類型的風洞進行了75項、合計約4