DAY2無人機(jī)空氣動力學(xué)基礎(chǔ)

3.2無人機(jī)空氣動力學(xué)

3.2.1力學(xué)基礎(chǔ)牛頓第一定律：孤立質(zhì)點(diǎn)保持靜止或勻速直線運(yùn)動；牛頓第二定律：物體因受力作用而產(chǎn)生加速度；牛頓第三定律：相互作用的兩個質(zhì)點(diǎn)之間的作用力和反作用力總是大小相等，方向相反

升力重力拉力阻力LiftPullWeightDrag

升力垂直于飛行速度方向，它將飛機(jī)支托在空中，克服飛機(jī)受到的重力影響，使其自由翱翔。

空氣動力是空氣相對于飛機(jī)運(yùn)動時產(chǎn)生的，要學(xué)習(xí)和研究飛機(jī)的升力和阻力，首先要研究空氣流動的基本規(guī)律。3.2.2空氣流動的描述流體模型化理想流體，不考慮流體粘性的影響。不可壓流體，不考慮流體密度的變化，Ma<0.4。絕熱流體，不考慮流體溫度的變化，Ma<0.4。飛機(jī)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(jī)產(chǎn)生的空氣動力就相同。對相對氣流的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用直流式風(fēng)洞回流式風(fēng)洞風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)段及實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ惋L(fēng)洞的其它功用迎角迎角就是相對氣流方向與翼弦之間的夾角。相對氣流方向就是飛機(jī)速度的反方向相對氣流方向是判斷迎角大小的依據(jù)

平飛中，可以通過機(jī)頭高低判斷迎角大小。而其他飛行狀態(tài)中，則不可以采用這種判斷方式。水平飛行、上升、下降時的迎角上升平飛下降流線和流線譜空氣流動的情形一般用流線、流管和流線譜來描述。流線：流場中一條空間曲線，在該曲線上流體微團(tuán)的速度與曲線在該點(diǎn)的切線重合。對于定常流，流線是流體微團(tuán)流動的路線。流管：由許多流線所圍成的管狀曲面。流線和流線譜流線譜是所有流線的集合。流線和流線譜的實(shí)例流線和流線譜的實(shí)例3.2.3連續(xù)性定理

流體流過流管時，在同一時間流過流管任意截面的流體質(zhì)量相等。質(zhì)量守恒定律是連續(xù)性定理的基礎(chǔ)。連續(xù)性定理12A1,v1A2,v2單位時間內(nèi)流過截面1的流體體積為單位時間內(nèi)流過截面1的流體質(zhì)量為同理，單位時間內(nèi)流過截面2的流體質(zhì)量為則根據(jù)質(zhì)量守恒定律可得：即結(jié)論：空氣流過一流管時，流速大小與截面積成反比。山谷里的風(fēng)通常比平原大河水在河道窄的地方流得快，河道寬的地方流得慢日常的生活中的連續(xù)性定理高樓大廈之間的對流通常比空曠地帶大3.2.4伯努利定理

同一流管的任意截面上，流體的靜壓與動壓之和保持不變。能量守恒定律是伯努力定理的基礎(chǔ)。伯努利定理

空氣能量主要有四種：動能、壓力能、熱能、重力勢能。低速流動，熱能可忽略不計；空氣密度小，重力勢能可忽略不計。

因此，沿流管任意截面能量守恒，即為：動能+壓力能=常值。公式表述為：

上式中第一項(xiàng)稱為動壓，第二項(xiàng)稱為靜壓，第三項(xiàng)稱為總壓。伯努利定理—動壓，單位體積空氣所具有的動能。這是一種附加的壓力，是空氣在流動中受阻，流速降低時產(chǎn)生的壓力。—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)時當(dāng)?shù)氐拇髿鈮骸！倝海ㄈ珘海?，它是動壓和靜壓之和?？倝嚎梢岳斫鉃?，氣流速度減小到零之點(diǎn)的靜壓。深入理解動壓、靜壓和總壓同一流線：總壓保持不變。動壓越大，靜壓越小。流速為零的靜壓即為總壓。同一流管：截面積大，流速小，壓力大。截面積小，流速大，壓力小。深入理解動壓、靜壓和總壓3.2.5升力升力的產(chǎn)生原理起點(diǎn)終點(diǎn)

相同的時間，相同的起點(diǎn)和終點(diǎn)，小狗的速度和人的速度哪一個更快？升力的產(chǎn)生原理飛行原理/CAFUC前方來流被機(jī)翼分為了兩部分，一部分從上表面流過，一部分從下表面流過。由連續(xù)性定理或小狗與人速度對比分析可知，流過機(jī)翼上表面的氣流，比流過下表面的氣流的速度更快。飛行原理/CAFUCP1v1P2v2升力的產(chǎn)生原理飛行原理/CAFUC

上下表面出現(xiàn)的壓力差，在垂直于（遠(yuǎn)前方）相對氣流方向的分量，就是升力。機(jī)翼升力的著力點(diǎn)，稱為壓力中心(CenterofPressure)飛行原理/CAFUC壓力中心的移動

非對稱翼型，在迎角小于臨界迎角的范圍內(nèi)，迎角增大，壓力中心前移。迎角大于臨界迎角時，迎角增大，壓力中心后移。第二章第頁33

翼型的壓力分布飛行原理/CAFUC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。

用矢量來表示壓力或吸力，矢量線段長度為力的大小，方向?yàn)榱Φ姆较?。矢量表示法駐點(diǎn)和最低壓力點(diǎn)飛行原理/CAFUC

B點(diǎn)，稱為最低壓力點(diǎn)，是機(jī)翼上表面負(fù)壓最大的點(diǎn)。

A點(diǎn)，稱為駐點(diǎn)，是正壓最大的點(diǎn)，位于機(jī)翼前緣附近，該處氣流流速為零。坐標(biāo)表示法飛行原理/CAFUC

從右圖可以看出，機(jī)翼升力的產(chǎn)生主要是靠機(jī)翼上表面吸力的作用，尤其是上表面的前段，而不是主要靠下表面正壓的作用。升力公式飛行原理/CAFUC—飛機(jī)的升力系數(shù)—飛機(jī)的飛行動壓—機(jī)翼的面積。升力公式的物理意義飛行原理/CAFUC飛機(jī)的升力與升力系數(shù)、來流動壓和機(jī)翼面積成正比。

升力系數(shù)綜合的表達(dá)了機(jī)翼形狀、迎角等對飛機(jī)升力的影響。

飛機(jī)的姿態(tài)控制第一章第頁39偏航控制滾轉(zhuǎn)控制俯仰控制飛行操縱系統(tǒng)的