無人機(jī)飛行原理-空氣動力學(xué)基礎(chǔ)

目錄第一節(jié)空氣動力學(xué)基礎(chǔ)第二節(jié)固定翼無人機(jī)飛行原理第三節(jié)無人直升機(jī)飛行原理第四節(jié)多旋翼無人機(jī)飛行原理2.1.1大氣性質(zhì)

一、空氣動力學(xué)基礎(chǔ)1.大氣性質(zhì)

一、空氣動力學(xué)基礎(chǔ)1.大氣性質(zhì)3、國際標(biāo)準(zhǔn)大氣

目前我國采用的是國際標(biāo)準(zhǔn)大氣（簡稱ISA），它是由國際權(quán)威性機(jī)構(gòu)或組織頒布了一種“模式大氣”，依據(jù)實(shí)測資料，用簡化方式近似地表示大氣溫度、壓強(qiáng)和密度等參數(shù)的平均值，形成國際標(biāo)準(zhǔn)大氣。

比較通用的國際標(biāo)準(zhǔn)大氣規(guī)定：大氣被看成完全氣體，服從氣體的狀態(tài)方程；以海平面的高度為零高度；在海平面上，氣溫為15℃，密度為1.225kg/m3，聲速為341m/s，此條件下的大氣壓強(qiáng)為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。4、黏性

大氣的黏性，是空氣在流動過程中表現(xiàn)出的一種物理性質(zhì)，當(dāng)空氣內(nèi)部各個(gè)層間存在相對運(yùn)動，相鄰的兩個(gè)運(yùn)動速度不同的層間相互牽扯的特性，稱為空氣的黏性。

相鄰的具有不同流速的大氣層間相互運(yùn)動時(shí)產(chǎn)生的牽扯作用力，稱為空氣的黏性力。

大氣層與層之間的流動速度不同時(shí)，流得快的一層（上層）的大氣分子由于之不規(guī)則運(yùn)動侵入下層，進(jìn)而促使下層大氣加速，（下層）氣體分子會使上層大氣減速。產(chǎn)生相互牽扯的內(nèi)摩擦力，即黏性力。

一、空氣動力學(xué)基礎(chǔ)1.大氣性質(zhì)4、黏性

不同流體的黏性是不相同的。流體黏性的大小可以用流體的內(nèi)摩擦系數(shù)來衡量，在常溫下，水的內(nèi)摩擦系數(shù)為1.002×10-3Pa·s，而空氣的內(nèi)摩擦系數(shù)為1.81×10-5Pa·s，其值僅，為水的1.81%。

流體的黏性和溫度有關(guān)。隨著流體溫度的升高，液體的黏性減小，而氣體的黏性將增加。原因：液體產(chǎn)生黏性的原因主要是相鄰流動層分子間的內(nèi)聚力，溫度升高，液體分子熱運(yùn)動加劇，分子間的內(nèi)聚力減小了，故黏性也會減??；

氣體產(chǎn)生黏性的原因主要是相鄰流動層間產(chǎn)生內(nèi)摩擦力，溫度升高，分子間的橫向動量交換也加劇，層與層之間的相互牽扯力也增加，故而黏性增大。5、可壓縮性

氣體的可壓縮性，是指當(dāng)空氣流過物體時(shí)，在物體周圍各處，氣流速度會有增加或減小的變化，相應(yīng)氣體壓強(qiáng)會有減小或增大的變化，進(jìn)而影響其密度和體積也改變的性質(zhì)。

氣體密度的變化就是可壓縮性的體現(xiàn)。液體對這種變化的反應(yīng)很小，因此一般認(rèn)為液體是不可壓縮的；而氣體對這種變化的反應(yīng)很大，所以一般來講氣體是可壓縮的。

一般民用固定翼和多旋翼無人機(jī)的飛行均認(rèn)為是低速飛行，不考慮氣體的可壓縮性。一、空氣動力學(xué)基礎(chǔ)2.氣體流動的基本規(guī)律

一、空氣動力學(xué)基礎(chǔ)2.氣體流動的基本規(guī)律2、連續(xù)性假設(shè)

在標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)下，每1mm3的空間里大約含有2.7×1016個(gè)分子空氣，分子之間是存在間隙的。

每個(gè)分子在作無規(guī)則的熱運(yùn)動，把熱運(yùn)動過程中，空氣分子兩次碰撞之間所經(jīng)過的平均路程稱為空氣分子的平均自由行程。

當(dāng)飛行器在這種空氣中運(yùn)動時(shí)，由于飛行器的外形尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于氣體分子的自由行程，故在研究飛行器和大氣之間的相對運(yùn)動時(shí)，氣體分子之間的距離完全可以忽略不計(jì)，即把大量的、單個(gè)分子組成的大氣看成是連續(xù)的介質(zhì)，這就是在進(jìn)行空氣動力學(xué)研究時(shí)，提出的連續(xù)性假設(shè)。3、連續(xù)性定理

質(zhì)量守恒定律是自然界基本的定律之一，它說明物質(zhì)既不會消失，也不會憑空增加。質(zhì)量守恒定律應(yīng)用在流體的流動上：當(dāng)流體在低速、穩(wěn)定、連續(xù)不斷地流動時(shí)，流管里的任一部分，流體都不能中斷或積聚，在同一時(shí)間內(nèi)流進(jìn)任何一個(gè)截面的流體質(zhì)量和從另一個(gè)截面流出的流體質(zhì)量應(yīng)當(dāng)相等。一、空氣動力學(xué)基礎(chǔ)2.氣體流動的基本規(guī)律

一、空氣動力學(xué)基礎(chǔ)2.氣體流動的基本規(guī)律3、連續(xù)性定理

連續(xù)性定理：當(dāng)?shù)退俣ǔＡ鲃訒r(shí)，氣流速度的大小與流管的截面積成反比。

流體流動速度的快慢，還可用流管中流線的疏密程度來表示，在截面面積大的地方流速低，在截面面積小的地方流速高。

連續(xù)性定理只適用于低速（流速低于0.3a，a為聲速）的范圍，即可認(rèn)為流體密度不變，該定理不適于亞聲速，更不適合于超聲速的情況。一、空氣動力學(xué)基礎(chǔ)2.氣體流動的基本規(guī)律4、伯努利定理

能量守恒定律說明能量不會自行消失，也不會憑空產(chǎn)生，而只能從一形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。伯努利定理便是能量守恒定律在空氣動力學(xué)中的具體應(yīng)用，它描述流體流動過程中流體壓強(qiáng)和速度之間關(guān)系的流動規(guī)律。

流體沒有流動，不同截面處(A、B、C截面)的流體流速均為零，三根玻璃管中的液面高度同容器中的液面高度一樣，這表明，此時(shí)不同截面處的流體的壓強(qiáng)都是相等的。

流體在流動過程中，不同截面處的流體壓強(qiáng)也不相同。從實(shí)驗(yàn)可以看出，在