《無(wú)人機(jī)飛行原理》課件 項(xiàng)目1、2 大氣飛行環(huán)境、固定翼無(wú)人機(jī)飛行原理

項(xiàng)目1

大氣飛行環(huán)境任務(wù)大氣的組成及垂直分布1大氣的基本氣象要素2流體流動(dòng)的基本概念和規(guī)律3大氣組成及垂直分布任務(wù)1知識(shí)點(diǎn)1：大氣的組成大氣是多相態(tài)的體系，包含干潔空氣、水和顆粒物，但是后兩者含量太低且不穩(wěn)定，所以一般說(shuō)到大氣組成指的都是干潔空氣的化學(xué)成分。地球大氣的主要成分為氮?dú)?、氧氣、少量的二氧化碳和稀有氣體（氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣、氡氣），這些混合氣體被稱為空氣。想要明白大氣運(yùn)動(dòng)規(guī)律首先要了解大氣的分布知識(shí)點(diǎn)2：大氣垂直分布為什么叫它對(duì)流層？最接近地球表面的一層熱空氣上升冷空氣下沉對(duì)流運(yùn)動(dòng)明顯集中了整個(gè)大氣3/4的質(zhì)量和幾乎全部的水汽，通過(guò)對(duì)流和湍流運(yùn)動(dòng)，云、霧、雨雪等主要大氣現(xiàn)象發(fā)生在此層。知識(shí)點(diǎn)2：大氣垂直分布●熱帶較厚，寒帶較薄●夏季較厚，冬季較薄●赤道地區(qū)可達(dá)16-18公里●中緯度地區(qū)約10-12公里●兩極地區(qū)約7-8公里赤道北極地面輻射是對(duì)流層的主要熱源，地面接收的太陽(yáng)輻射從低緯度向高緯度遞減。氣溫高，對(duì)流則旺盛，厚度就大。知識(shí)點(diǎn)2：大氣垂直分布一般氣溫隨高度增加而降低。有強(qiáng)烈的垂直對(duì)流運(yùn)動(dòng)和不規(guī)則的亂流運(yùn)動(dòng)。氣象要素水平分布不均勻，狀態(tài)變化迅速。知識(shí)點(diǎn)2：大氣垂直分布從對(duì)流層頂?shù)?0～55KM高度的一層稱為平流層，也稱“同溫層”。氣流表現(xiàn)為水平方向運(yùn)動(dòng)，對(duì)流現(xiàn)象減弱。晴朗無(wú)云，很少發(fā)生天氣變化。氣流平穩(wěn)，空氣阻力小。大型客機(jī)大多飛行于此層。知識(shí)點(diǎn)2：大氣垂直分布臭氧層▲在平流層20~30km的高度?！粞跷斩滩ㄗ贤饩€，保護(hù)著地球生物。知識(shí)點(diǎn)2：大氣垂直分布溫度變化▲下半部分溫度隨高度增加變化不大?！习氩糠譁囟入S高度增加得以迅速增高。因?yàn)槭艿孛鏈囟扔绊戄^小。臭氧吸收太陽(yáng)輻射的熱量。知識(shí)點(diǎn)2：大氣垂直分布85KM中間層的特征氣溫隨高度增加而迅速下降有相當(dāng)強(qiáng)烈的垂直對(duì)流運(yùn)動(dòng)◆

內(nèi)因：幾乎沒(méi)有臭氧◆

外因：與平流層有關(guān)55KM平流層頂知識(shí)點(diǎn)2：大氣垂直分布

熱層位于中間層之上及散逸層之下，其頂部離地面約800km。氣溫隨高度的增加而迅速增高。空氣受太陽(yáng)短波輻射而處于高度電離的狀態(tài)。知識(shí)點(diǎn)2：大氣垂直分布▲距地平面800km以上?！諝庀”?，向星際空間逃逸。▲是地球和外太空的分界。知識(shí)點(diǎn)2：大氣垂直分布大氣的基本氣象元素任務(wù)21.氣溫（T）（1）概念氣溫(大氣的溫度)是氣象要素的一個(gè)重要組成部分，它是一個(gè)反應(yīng)大氣冷熱程度的量，它實(shí)質(zhì)上是空氣分子平均動(dòng)能大小的宏觀表現(xiàn)。（2）單位氣溫的表示習(xí)慣上以攝氏溫度(℃)表示，也有用華氏溫度(F)表示的，理論工作中則常用絕對(duì)溫度(K)表示知識(shí)點(diǎn)1：大氣的基本氣象元素1.氣溫（T）大氣溫度隨高度變化曲線1）對(duì)流層內(nèi)，溫度隨高度的增加遞減。因?yàn)殡x地面越高，空氣所得到的熱量就越少，溫度也就越低。2）在平流層30km以下范圍，氣溫幾乎保持在一個(gè)很低的溫度，且不隨高度的增加而變化；而在平流層30km以上范圍，受臭氧層的影響，氣溫隨高度的增加迅速上升。3）電離層內(nèi)大氣的溫度變化與距地面高度沒(méi)有直接的聯(lián)系。4）散逸層內(nèi)大氣的溫度隨著高度的升高，溫度會(huì)經(jīng)歷了一個(gè)由高溫到低溫再到高溫的變化過(guò)程。這種現(xiàn)象取決于高層大氣的結(jié)構(gòu)和所處的位置。知識(shí)點(diǎn)1：大氣的基本氣象元素1.氣溫（T）大氣溫度隨高度變化曲線1）對(duì)流層內(nèi)，溫度隨高度的增加遞減。因?yàn)殡x地面越高，空氣所得到的熱量就越少，溫度也就越低。2）在平流層30km以下范圍，氣溫幾乎保持在一個(gè)很低的溫度，且不隨高度的增加而變化；而在平流層30km以上范圍，受臭氧層的影響，氣溫隨高度的增加迅速上升。3）電離層內(nèi)大氣的溫度變化與距地面高度沒(méi)有直接的聯(lián)系。知識(shí)點(diǎn)1：大氣的基本氣象元素

大氣壓力大氣的壓強(qiáng)，即單位面積上所承受的空氣垂直作用力單位——帕斯卡，簡(jiǎn)稱帕（Pa）表示——1牛頓力作用在1平方米上，1Pa=1N/m2數(shù)值——等于單位面積上空氣柱的重量產(chǎn)生的壓力。知識(shí)點(diǎn)1：大氣的基本氣象元素0102高度氣溫氣溫越高，氣壓越小。海拔越高，氣壓越低。大氣密度具有隨高度的增加而遞減的特性，即單位體積的大氣質(zhì)量隨高度的增加而減小，氣壓亦有相同的變化。氣壓高度計(jì)溫度升高,大氣變得稀薄,密度變小，因此在大氣稀薄的這一指定面積中,壓力就變小了,氣壓就相對(duì)變低。知識(shí)點(diǎn)1：大氣的基本氣象元素3.濕度空氣濕度是用來(lái)量度空氣中水汽含量多少或空氣干燥潮濕程度的物理量?？諝庵幸簯B(tài)或固態(tài)的水不算在濕度中。不含水蒸氣的空氣被稱為干空氣。由于大氣中的水蒸氣可以占空氣體積的0%到4%，一般在列出空氣中各種氣體的成分的時(shí)候是指這些成分在干空氣中所占的成分。在一定的溫度下在一定體積的空氣里含有的水汽越少，空氣越干燥；水汽越多，空氣越潮濕。空氣的干濕程度叫做“濕度”。知識(shí)點(diǎn)1：大氣的基本氣象元素4.密度大氣密度是單位體積內(nèi)的空氣質(zhì)量，即空氣稠密的程度。氣溫、氣壓和濕度的變化都會(huì)對(duì)飛行性能和儀表指示帶來(lái)一定影響，這種影響主要是通過(guò)它們對(duì)大氣密度的影響實(shí)現(xiàn)的。大氣密度與高度的關(guān)系，海拔越高，大氣密度越小；還與天氣有關(guān)，通常晴天比陰天大氣密度大，這與空氣中含水分多少有關(guān)；另外，還和季節(jié)有關(guān)，冬天大氣密度比夏天大氣密度大，這是因?yàn)闇囟壬?，氣體體積膨脹，導(dǎo)致密度減小。知識(shí)點(diǎn)1：大氣的基本氣象元素高溫或低溫天氣高溫或低溫天氣都會(huì)影響無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的一些功能組件，導(dǎo)致飛行效率降低，甚至危及飛行安全。1降雨、降雪、冰雹等天氣無(wú)人機(jī)不適宜在降雨、降雪、冰雹等天氣飛行。2霧無(wú)人機(jī)在大霧天氣中不建議飛行作業(yè)。一方面，無(wú)人機(jī)對(duì)于濕度非常敏感，在大霧中飛行，無(wú)人機(jī)表面會(huì)變得非常潮濕。另一方面，大霧會(huì)影響天氣的能見(jiàn)度，給目視飛行造成障礙。3風(fēng)在大風(fēng)的情況下，無(wú)人機(jī)為了保持姿態(tài)和飛行，會(huì)耗費(fèi)更多的電量，續(xù)航時(shí)間會(huì)縮短，同時(shí)飛行穩(wěn)定性也會(huì)大幅度下降。同時(shí)也要注意最大風(fēng)速不要超過(guò)無(wú)人機(jī)最大飛行速度。4知識(shí)點(diǎn)2：氣象對(duì)飛行的影響空氣的黏性壓縮性和膨脹性流體模型化知識(shí)點(diǎn)3：大氣物理特性1.空氣的黏性在一個(gè)傾斜面上分別倒上水、油，誰(shuí)流的快呢？1.空氣的黏性

空氣的黏性力相鄰空氣分子之間相互運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的牽扯作用力，也叫空氣的內(nèi)摩擦力。

一種物理現(xiàn)象產(chǎn)生阻力的根本原因1.空氣的黏性大小取決于四個(gè)方面

01速度梯度越大黏性力越大02空氣溫度越高黏性力越大03氣體性質(zhì)不同黏性力不同04接觸面積越大黏性力越大速度梯度空氣溫度氣體性質(zhì)接觸面積1.空氣的黏性

一般情況下，空氣對(duì)物體的黏性作用力可以不予考慮。通常把不考慮黏性的流體，稱為理想流體。無(wú)人機(jī)在空中快速運(yùn)動(dòng)，空氣在無(wú)人機(jī)外表面的阻力已不是一個(gè)小數(shù)值，因此必須考慮空氣的黏性。2.空氣的壓縮性和膨脹性

壓縮性空氣受到壓強(qiáng)作用，體積縮小密度增大的特性。0102膨脹性

因溫度增加而體積增大，密度減小的特性。3.流體模型化（1）理想流體。忽略流體黏性作用的流體，稱為理想流體?？諝饬鬟^(guò)飛機(jī)時(shí)，一般只在貼近飛機(jī)表面的地方(附面層)考慮空氣黏性的影響，其他地方則按理想流體處理。（2）不可壓流體。忽略流體密度的變化，認(rèn)為其密度為常量的流體，稱為不可壓流體?？諝饬鬟^(guò)飛機(jī)時(shí)，密度要發(fā)生變化，其變化量的大小取決于Ma的大小。（3）絕熱流體。不考慮熱傳導(dǎo)性的流體，稱為絕熱流體。流體流動(dòng)的基本概念和規(guī)律任務(wù)31.流體的概念流體是能流動(dòng)的物質(zhì)，它是一種受任何微小剪切力的作用都會(huì)連續(xù)變形的物體，如液體和氣體。流體具有易流動(dòng)性，可壓縮性，黏性。液體可壓縮性很小，而氣體的可壓縮性較大。在流體的形狀改變時(shí)，流體各層之間也存在一定的運(yùn)動(dòng)阻力（即粘滯性），當(dāng)流體的粘滯性和可壓縮性很小時(shí)，可近似看作是理想流體，它是人們?yōu)檠芯苛黧w的運(yùn)動(dòng)和狀態(tài)而引入的一個(gè)理想模型。2.流場(chǎng)流場(chǎng)是指運(yùn)動(dòng)流體所占據(jù)的空間，流場(chǎng)也是表示溫度、壓強(qiáng)、速度、密度等流體運(yùn)動(dòng)參數(shù)（流體特性物理量）的場(chǎng)。知識(shí)點(diǎn)1：流體流動(dòng)的概念3.流線與流線譜知識(shí)點(diǎn)1：流體流動(dòng)的概念流線的特點(diǎn)▲流線代表流速方向的矢量線，其疏密程度代表流速的大小?！粫r(shí)刻的不同流線不能相交?！骶€不能是折現(xiàn)，而是一條光滑的曲線?！骶€的形狀和位置，在定常流動(dòng)中不隨時(shí)間變化；而在不定常流動(dòng)中隨時(shí)間變化。3.流線與流線譜知識(shí)點(diǎn)1：流體流動(dòng)的概念由許多流線所組成的流動(dòng)圖形稱之為流線譜，是所有流線的集合。翼剖面的流線譜圓柱體的流線譜斜立平板的流線譜■真實(shí)反映了空氣流動(dòng)的全貌，可以看出流場(chǎng)中各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向。■流線譜的疏密程度反映了該時(shí)刻流場(chǎng)中速度的不同?！隹諝饬鬟^(guò)不用形狀物體的流動(dòng)情況不同，其流線譜就不同。3.流線與流線譜知識(shí)點(diǎn)1：流體流動(dòng)的概念■空氣流過(guò)物體相對(duì)位置關(guān)系不同，流線譜也不同。■在空氣流過(guò)物體時(shí)，在物體的后部都會(huì)形成一定的渦流區(qū)?！霾煌牧骶€譜產(chǎn)生的空氣動(dòng)力不一樣。知識(shí)點(diǎn)2：流體流動(dòng)的基本規(guī)律連續(xù)性定理流體流過(guò)流管時(shí)，在同一時(shí)間流過(guò)流管任意截面的流體質(zhì)量相等。質(zhì)量守恒定律定理內(nèi)容實(shí)質(zhì)知識(shí)點(diǎn)2：流體流動(dòng)的基本規(guī)律

根據(jù)連續(xù)性定理，單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)任意截面的空氣質(zhì)量相等，有

知識(shí)點(diǎn)2：流體流動(dòng)的基本規(guī)律伯努利定理流速壓力同一流管的任意截面上，流體的靜壓與動(dòng)壓之和保持不變。能量守恒定律定理內(nèi)容實(shí)質(zhì)知識(shí)點(diǎn)2：流體流動(dòng)的基本規(guī)律重力勢(shì)能壓力能動(dòng)能熱能沿流管任意截面能量守恒，即為動(dòng)能+壓力能=常數(shù)。

動(dòng)壓靜壓全壓伯努利方程知識(shí)點(diǎn)2：流體流動(dòng)的基本規(guī)律

——?jiǎng)訅?，即流體流動(dòng)時(shí)在流動(dòng)方向上所產(chǎn)生的壓強(qiáng)，它是單位體積空氣所具有的動(dòng)能?！倝海ㄈ珘海?，是動(dòng)壓和靜壓之和?？倝嚎梢岳斫鉃闅饬魉俣葴p小至零點(diǎn)時(shí)的靜壓。

——靜壓，即流體流動(dòng)時(shí)其本身實(shí)際具有的壓強(qiáng)，單位體積空氣所具有的壓力能。在靜止的空氣中，靜壓等于大氣壓。伯努利方程知識(shí)點(diǎn)2：流體流動(dòng)的基本規(guī)律

同一流線總壓保持不變；動(dòng)壓越大，靜壓越??；流速為零的靜壓即為總壓。同一流管截面積大，流速小，靜壓大；截面積小，流速大，靜壓小。知識(shí)點(diǎn)2：流體流動(dòng)的基本規(guī)律在同一條流線或同一流管上?？諝饷芏仁遣蛔兊模纯諝馐遣豢蓧毫?。流動(dòng)的空氣與外界沒(méi)有能量交換，即空氣的絕熱的。氣流是連續(xù)、穩(wěn)定的，即流動(dòng)是定常的。空氣沒(méi)有黏性，即空氣是理想流體。適用條件感謝您的傾聽(tīng)項(xiàng)目1

固定翼無(wú)人機(jī)飛行原理任務(wù)固定翼無(wú)人機(jī)的氣動(dòng)結(jié)構(gòu)1機(jī)翼的形狀及參數(shù)2升力產(chǎn)生的原理3阻力產(chǎn)生的原理4固定翼無(wú)人機(jī)低速特性5固定翼無(wú)人機(jī)氣動(dòng)結(jié)構(gòu)任務(wù)1知識(shí)點(diǎn)1：常見(jiàn)飛行平臺(tái)氣動(dòng)布局及其特點(diǎn)固定翼無(wú)人機(jī)的氣動(dòng)部件包括機(jī)翼（左機(jī)翼和右機(jī)翼）、機(jī)身、尾翼、起落架等。其中尾翼包括垂直尾翼（垂直安定面和方向舵）和水平尾翼（水平安定面和升降舵），副翼包括左副翼和右副翼，分別布置在機(jī)翼后緣外側(cè)。在所有的氣動(dòng)部件中，機(jī)翼是產(chǎn)生升力的主要部件，也是最主要的氣動(dòng)部件；尾翼是輔助氣動(dòng)部件，主要用于保證飛行的穩(wěn)定性和操縱性。知識(shí)點(diǎn)1：常見(jiàn)飛行平臺(tái)氣動(dòng)布局及其特點(diǎn)1.常規(guī)布局常規(guī)布局是現(xiàn)代飛機(jī)最常用的一種氣動(dòng)布局，即將飛機(jī)的水平尾翼和垂直尾翼都放在機(jī)翼后面的飛機(jī)尾部知識(shí)點(diǎn)1：常見(jiàn)飛行平臺(tái)氣動(dòng)布局及其特點(diǎn)2.鴨式布局鴨式布局是一種將飛機(jī)的俯仰主操縱面（水平前翼）放在機(jī)翼之前的氣動(dòng)布局形式，軍用有人飛機(jī)用的較多，無(wú)人機(jī)也有部分采用。這種布局方式在外形上像一只鴨子，因此得名”鴨式布局”，前面的兩個(gè)翼面也被稱為”鴨翼”。而“鴨翼”一般為展弦比較小的三角形翼面。知識(shí)點(diǎn)1：常見(jiàn)飛行平臺(tái)氣動(dòng)布局及其特點(diǎn)3.無(wú)尾布局一般來(lái)說(shuō)，無(wú)尾布局，指有機(jī)翼但沒(méi)有水平尾翼或者同時(shí)沒(méi)有水平尾翼、垂直尾翼和鴨翼的一種氣動(dòng)布局形式。無(wú)尾布局可以分為無(wú)平尾和既無(wú)平尾又無(wú)垂尾兩種情況。飛翼布局就是一種特殊的無(wú)尾布局，即沒(méi)有傳統(tǒng)的平尾和垂尾，而是通過(guò)機(jī)翼本身提供橫向和縱向的控制和穩(wěn)定，如圖所示。無(wú)尾布局是現(xiàn)代飛機(jī)和無(wú)人機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)中廣泛采用的布局形式。知識(shí)點(diǎn)1：常見(jiàn)飛行平臺(tái)氣動(dòng)布局及其特點(diǎn)4.三翼面布局三翼面布局，指固定翼無(wú)人機(jī)機(jī)翼前面有鴨翼，機(jī)翼后面有平尾的一種氣動(dòng)布局形式。三翼面布局由鴨翼、機(jī)翼和平尾構(gòu)成，可以綜合常規(guī)布局和鴨式布局的優(yōu)點(diǎn)，有更好的氣動(dòng)特性，特別是操縱特性和配平特性、以及機(jī)動(dòng)性能都能得到明顯改善。知識(shí)點(diǎn)2：常見(jiàn)固定翼無(wú)人機(jī)氣動(dòng)布局固定翼無(wú)人機(jī)整體氣動(dòng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是沒(méi)有駕駛艙，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中無(wú)需考慮人的因素，包括配合人體工程學(xué)來(lái)配置適合人的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和操縱空間、保證人的生物維持和安全所必需的設(shè)備和系統(tǒng)等。即無(wú)人機(jī)不以人作為其結(jié)構(gòu)布局的核心因素，不需要駕駛艙，不需要圍繞人而展開(kāi)的各種設(shè)備和系統(tǒng)。這不僅僅影響到固定翼無(wú)人機(jī)的大小，更重要的是影響固定翼無(wú)人機(jī)的氣動(dòng)布局。機(jī)翼的形狀及參數(shù)任務(wù)2知識(shí)點(diǎn)1：翼型及幾何參數(shù)簡(jiǎn)稱翼型，是用垂直機(jī)翼的平面切割機(jī)翼所得的剖面。知識(shí)點(diǎn)1：翼型及幾何參數(shù)01對(duì)稱翼型02雙凸翼型03平凸翼型04凹凸翼型05“S”型翼型06特種翼型知識(shí)點(diǎn)1：翼型及幾何參數(shù)中弧線：和翼形上表面和下表面等距離的曲線。前、后緣：中弧線與上表面和下表面的外形線在前端的交點(diǎn)稱為前緣在后端的交點(diǎn)稱為后緣。幾何弦（弦線）：前、后緣的連線。但對(duì)于下表面為直線的翼型，也將此直線定義為幾何弦。知識(shí)點(diǎn)1：翼型及幾何參數(shù)01.弦長(zhǎng)——翼型前、后緣點(diǎn)之間的距離，用b表示。知識(shí)點(diǎn)1：翼型及幾何參數(shù)無(wú)量綱坐標(biāo)：以前緣作為原點(diǎn)，弦線作為x坐標(biāo)軸，方向從前緣指向后緣，y坐標(biāo)軸垂直于弦線。翼型上、下表面各點(diǎn)距離弦線的y值，用弦線長(zhǎng)度的相對(duì)坐標(biāo)函數(shù)表示（上、下表面分別用下標(biāo)u和l表示）。XuXl

02.彎度：中弧線和弦線的間隔，用f表示。

◆相對(duì)彎度：彎度f(wàn)與弦長(zhǎng)b之比。

59知識(shí)點(diǎn)1：翼型及幾何參數(shù)03.厚度——與中弧線垂直方向測(cè)量的上表面和下表面的距離，用c表示。

◆相對(duì)厚度：最大厚度C與弦長(zhǎng)b之比?！糇畲蠛穸龋荷匣【€同下弧線之間內(nèi)切圓的最大直徑。一般來(lái)說(shuō)，厚度越大，阻力越大。

60知識(shí)點(diǎn)1：翼型及幾何參數(shù)

61知識(shí)點(diǎn)1：翼型及幾何參數(shù)05.后緣角——翼型上、下表面在后緣處切線間的夾角。62知識(shí)點(diǎn)1：翼型及幾何參數(shù)知識(shí)點(diǎn)2：機(jī)翼的平面形狀幾何參數(shù)簡(jiǎn)稱翼型，是用垂直機(jī)翼的平面切割機(jī)翼所得的剖面。平面形狀機(jī)翼翼型從飛機(jī)頂上往下看，機(jī)翼在水平面上的投影。64知識(shí)點(diǎn)2：機(jī)翼的平面形狀幾何參數(shù)65知識(shí)點(diǎn)2：機(jī)翼的平面形狀幾何參數(shù)平面形狀避免激波阻力

產(chǎn)生后掠效應(yīng)改善升阻比

提高機(jī)翼強(qiáng)度平直機(jī)翼平直機(jī)翼適用于低速無(wú)人機(jī)66知識(shí)點(diǎn)2：機(jī)翼的平面形狀幾何參數(shù)機(jī)翼面積翼展展弦比幾何平均翼弦后掠角根尖比機(jī)翼在水平面內(nèi)的投影面積。翼根翼弦與翼尖翼弦的比值。。機(jī)翼左右翼尖的距離。機(jī)翼的投影面積與翼展的比值。機(jī)翼的翼展與平均翼弦的比值。機(jī)翼與機(jī)身軸線的垂線之間的夾角。67知識(shí)點(diǎn)2：機(jī)翼的平面形狀幾何參數(shù)后掠翼的優(yōu)缺點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)2：機(jī)翼的平面形狀幾何參數(shù)感謝您的傾聽(tīng)固定翼無(wú)人機(jī)的升力

機(jī)翼產(chǎn)生升力的原理01迎角對(duì)流線譜的影響1.1機(jī)翼的壓力分布

小迎角

大迎角▼當(dāng)迎角由小變大時(shí)，機(jī)翼上表面的流管變得更細(xì)，下表面則相反，流管較原來(lái)變粗，甚至比前方流管還粗，機(jī)翼后緣渦流更多。煙風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)1.1機(jī)翼的壓力分布▼觀察空氣流過(guò)機(jī)翼的情形。煙風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)1.1機(jī)翼的壓力分布▼機(jī)翼前方的氣流流到機(jī)翼前緣，開(kāi)始受到機(jī)翼的阻擋，流線分成兩股，一股流經(jīng)機(jī)翼上表面，另一股流經(jīng)機(jī)翼下表面。▼由于機(jī)翼上、下表面向外凸起，流線在這些地方比較密集，即上下表面的流管都比前方變細(xì)。▼再比較上下表面的流線，可以看到，由于上表面比下表面凸起得多，所以上表面的流線更密一些，流管更細(xì)一些。▼到了機(jī)翼后緣，由于氣流分離，出現(xiàn)了渦流，通過(guò)改變機(jī)翼的迎角大小，觀察到機(jī)翼上下表面產(chǎn)生流線有所不同。1.2升力的產(chǎn)生▼氣流翼型上表面流線變密流管變細(xì)▼下表面平坦流線變化不大（與遠(yuǎn)前方流線相比）▼連續(xù)性定理、伯努利定理翼型的上表面流管變細(xì)流管面積減小氣流速度增大壓強(qiáng)減小▼機(jī)翼下表面流管變化不大壓強(qiáng)基本不變▼上下表面產(chǎn)生了壓強(qiáng)差總空氣動(dòng)力R，R的方向向后向上1.2升力的產(chǎn)生機(jī)翼——產(chǎn)生升力壓力分布表示——矢量表示法1.3機(jī)翼的壓力分布▼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。壓力分布表示——矢量表示法1.3機(jī)翼的壓力分布

小迎角

大迎角為了形象地說(shuō)明機(jī)翼表面各點(diǎn)的壓力大小，可用矢量表示法，畫(huà)出機(jī)翼的壓力分布圖。將測(cè)出的翼面各點(diǎn)的壓力與大氣壓力之差，用向量畫(huà)在翼面的垂直線上。當(dāng)空氣流過(guò)機(jī)翼時(shí)，氣流會(huì)沿上下表面分開(kāi)，根據(jù)伯努利原理，上表面氣流速度快，對(duì)機(jī)翼的壓力較小，下表面氣流速度慢，對(duì)機(jī)翼壓力較大，這就產(chǎn)生了一個(gè)壓力差，也就是向上的升力。向量表示法理解升力的產(chǎn)生1.3升力的產(chǎn)生伯努利原理機(jī)翼的形狀飛行原理總結(jié)：機(jī)翼產(chǎn)生升力的條件

從公式中可以看出，在飛行速度、空氣密度一定的情況下，對(duì)某一架無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)，要增大升力，只有增大升力系數(shù)；而升力系數(shù)的增大可以通過(guò)增大迎角或改變機(jī)翼截面形狀來(lái)實(shí)現(xiàn)。1.4升力公式

S——機(jī)翼面積1.4升力公式影響升力分布的因素02

040205010603襟翼機(jī)翼面積翼型迎角相對(duì)氣流速度空氣密度機(jī)翼面積越大，升力越大?？諝饷芏仍酱?，升力越大。平凸型機(jī)翼比雙凸型大。飛行速度越大，升力越大。迎角不同，機(jī)翼流線譜不同，升力大小也不同。2.1影響壓力分布的主要因素2.1影響壓力分布的主要因素——翼型翼型形狀對(duì)壓力分布的影響繞對(duì)稱翼型的流線類型和壓力分布繞迎角為0°，對(duì)稱翼型的流線類型和壓力分布結(jié)論：在繞對(duì)稱翼型的流動(dòng)中，在零迎角時(shí)升力為零，只有在翼型具有正迎角時(shí)，翼型才具有正升力。2.1影響壓力分布的主要因素——翼型翼型形狀對(duì)壓力分布的影響2.1影響壓力分布的主要因素——翼型翼型形狀對(duì)壓力分布的影響繞非對(duì)稱（有彎度）翼型的壓力分布結(jié)論：在繞有正彎度翼型的流動(dòng)中，在翼型的迎角為零時(shí)就已經(jīng)產(chǎn)生升力了。2.1影響壓力分布的主要因素——迎角迎角對(duì)壓力分布的影響結(jié)論：隨著迎角的逐漸增大，上翼面前緣的吸力峰變大，升力增加。機(jī)翼面積增大，產(chǎn)生的上、下壓力差總和增大，升力增大，升力與機(jī)翼面積的變化成正比。2.1影響升力的因素——機(jī)翼面積機(jī)翼面積對(duì)升力的影響機(jī)翼的上、下表面彎曲程度越大產(chǎn)生的升力就越大。2.1影響升力的因素機(jī)翼翼型對(duì)升力的影響空氣密度越大，從機(jī)翼上的產(chǎn)生的升力就越大；同一高度下，氣溫越低，空氣密度就越大。飛行速度越大，相對(duì)氣流速度就越大，這樣機(jī)翼上表面的氣流速度比下表面的氣流速度增加的更多，于是上、下壓力差增大，升力增大，且與飛行速度的平方成正比。2.1影響升力的因素空氣密度對(duì)升力的影響相對(duì)氣流速度對(duì)升力的影響在一定范圍內(nèi)，當(dāng)迎角增大時(shí)，升力增加。當(dāng)迎角增大到某一角度時(shí)，機(jī)翼上表面前部流管變得最細(xì)，流速最快，吸力最大；下表面流管變得更粗，流速更慢，正壓力更大。上、下壓力差達(dá)到最大，升力最大，這個(gè)角度稱為臨界迎角。當(dāng)超過(guò)這一迎角時(shí)，升力反而會(huì)減小，其原因是機(jī)翼上表面的渦流區(qū)擴(kuò)大，吸力降低所致。2.1影響升力的因素迎角對(duì)升力的影響本節(jié)主要內(nèi)容影響升力的因素機(jī)翼產(chǎn)生升力的原理機(jī)翼升力公式感謝聆聽(tīng)固定翼無(wú)人機(jī)的飛行阻力1.阻力分類及低速附面層2.摩擦阻力3.干擾阻力4.壓差阻力5.誘導(dǎo)阻力本節(jié)提要知識(shí)點(diǎn)1：阻力分類及低速氣流附面層阻力是由無(wú)人機(jī)各部分部件所產(chǎn)生，阻礙無(wú)人機(jī)前進(jìn)的空氣動(dòng)力。飛行阻力飛行阻力的產(chǎn)生飛行阻力阻力的方向平行于相對(duì)氣流方向，且與飛行速度方向相反，是阻礙固定翼無(wú)人機(jī)運(yùn)動(dòng)的一個(gè)力。升力重力拉力阻力飛行阻力的方向摩擦阻力(SkinFrictionDrag)干擾阻力(InterferenceDrag)壓差阻力(FormDrag)誘導(dǎo)阻力(InducedDrag)廢阻力致升阻力粘性對(duì)于低速無(wú)人機(jī)，根據(jù)阻力的形成原因，可以將阻力分為：阻力的分類阻力的分類低速附面層低速附面層是從物體表面速度為0這一點(diǎn)，沿著物體表面法線的方向，當(dāng)相對(duì)氣流逐漸增加到主流速度的99%時(shí)形成空氣動(dòng)力層。低速附面層低速附面層的形成附面層的形成是受到空氣粘性的影響低速附面層低速附面層的形成無(wú)粘流動(dòng)沿物面法線方向速度一致粘性流動(dòng)沿物面法線方向速度不一致“附面層”附面層厚度較薄●固定翼無(wú)人機(jī)，最厚只有幾厘米●螺旋槳，只有幾毫米●貨運(yùn)輪船，可達(dá)幾十厘米低速附面層低速附面層的特點(diǎn)附面層內(nèi)沿物面法向方向壓強(qiáng)不變且等于法線主流壓強(qiáng)。低速附面層低速附面層的特點(diǎn)附面層的特點(diǎn)附面層厚度隨氣流流經(jīng)物面的距離增長(zhǎng)而增厚。低速附面層低速附面層的特點(diǎn)附面層分為層流附面層和紊流附面層。層流附面層在前，紊流附面層在后。層流與紊流之間的過(guò)渡區(qū)稱為轉(zhuǎn)捩點(diǎn)。低速附面層低速附面層的特點(diǎn)低速附面層低速附面層的特點(diǎn)思考：層流附面層和紊流附面層的粘性哪個(gè)更大一些？低速附面層低速附面層的特點(diǎn)思考：層流附面層和紊流附面層的粘性哪個(gè)更大一些？紊流附面層緊挨物體表面的速度梯度較層流附面層的大。結(jié)論：越靠近物體表面水平速度梯度越大，粘性越強(qiáng)。所以紊流附面層粘性更大。附面層摩擦阻力低速附面層與摩擦阻力的關(guān)系知識(shí)點(diǎn)2無(wú)人機(jī)飛行阻力——摩擦阻力摩擦阻力摩擦阻力的定義由于緊貼機(jī)體表面的空氣受到阻礙作用而流速降低到0，根據(jù)作用力與反作用力定律，無(wú)人機(jī)機(jī)體必然受到空氣的反作用力。這個(gè)反作用力與飛行方向相反，稱為摩擦阻力。摩擦阻力影響摩擦阻力大小的因素摩擦阻力的大小與附面層的類型和轉(zhuǎn)捩點(diǎn)的位置密切相關(guān)。飛行速度：飛行速度越大，使得轉(zhuǎn)捩點(diǎn)前移，因此紊流附面層所占的比例就大于層流附面層，摩擦阻力增大。物體表面的粗糙程度：物體表面越粗糙，紊流附面層更加容易出現(xiàn)。表面狀況空氣的黏性接觸的面積機(jī)體表面積越大空氣黏性越大機(jī)體表面越粗糙摩擦阻力越大摩擦阻力影響摩擦阻力大小的因素減小摩擦阻力保持表面清潔及時(shí)擦拭機(jī)體表面保證機(jī)體表面沒(méi)有污物、劃傷、凹陷和凸起等摩擦阻力減小摩擦阻力方法摩擦阻力不同機(jī)體摩擦阻力占比摩擦阻力在運(yùn)載設(shè)備上總阻力構(gòu)成中占的比例比較大。知識(shí)點(diǎn)3：干擾阻力干擾阻力干擾阻力的產(chǎn)生無(wú)人機(jī)機(jī)體的各個(gè)部件之間，比如機(jī)翼、機(jī)身、尾翼的單獨(dú)阻力之和小于把他們組合成一個(gè)整體所產(chǎn)生的阻力，這種由于各部件氣流之間的相互干擾而產(chǎn)生的額外阻力，稱之為干擾阻力。干擾阻力就是固定翼無(wú)人機(jī)各部分之間因氣流互相干擾而產(chǎn)生的一種額外的阻力。干擾阻力減小干擾阻力的方法固定翼無(wú)人機(jī)各部件之間盡可能用平滑過(guò)渡和整流罩包裹各部件連接處，可以有效的減小干擾阻力。減小干擾阻力考慮各部分的相對(duì)位置中單翼最小下單翼最大上單翼居中減小干擾阻力飛機(jī)各部件之間的平滑過(guò)渡和整流片，可以有效地減小干擾阻力知識(shí)點(diǎn)4無(wú)人機(jī)飛行阻力——壓差阻力氣流流過(guò)機(jī)翼后，在機(jī)翼的后緣部分產(chǎn)生附面層分離形成渦流區(qū)，壓強(qiáng)降低；而在機(jī)翼前緣部分，氣流受阻壓強(qiáng)增大，這樣機(jī)翼前后緣就產(chǎn)生了壓力差，從而使機(jī)翼產(chǎn)生壓差阻力。壓差阻力壓差阻力的產(chǎn)生順壓：A到B，沿流向壓強(qiáng)逐漸減小，如機(jī)翼上表面前段。逆壓：B到C，沿流向壓強(qiáng)逐漸增加，如機(jī)翼上表面后段。ABC壓差阻力順壓梯度與逆壓梯度壓差阻力附面層分離在逆壓梯度作用下，附面層底層出現(xiàn)倒流，與上層順流相互作用，形成漩渦脫離物體表面的現(xiàn)象。2.氣流分離3.渦流區(qū)的形成壓差阻力壓差阻力分離區(qū)特點(diǎn)1分離區(qū)內(nèi)漩渦是一個(gè)個(gè)單獨(dú)產(chǎn)生的，這會(huì)導(dǎo)致機(jī)翼出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。壓差阻力壓差阻力分離區(qū)特點(diǎn)2

分離區(qū)壓強(qiáng)是幾乎相等的，并且等于分離點(diǎn)處的壓強(qiáng)。ABC壓差阻力壓差阻力分離區(qū)特點(diǎn)3

附面層分離后，渦流區(qū)的壓強(qiáng)降低。

PA>PB<PC

PA>PC在機(jī)翼的后緣部分產(chǎn)生附面層分離形成渦流區(qū)，壓強(qiáng)降低；而在機(jī)翼前緣部分，氣流受阻壓強(qiáng)增大。壓差阻力壓差阻力大小影響因素

壓差阻力的大小與分離點(diǎn)的位置有關(guān)。分離點(diǎn)靠前，壓差阻力大。分離點(diǎn)靠后，壓差阻力小。迎角大小決定分離點(diǎn)的位置壓差阻力迎角迎風(fēng)面積機(jī)翼形狀機(jī)翼形狀不同，壓差阻力不同迎風(fēng)面積越大，壓差阻力越大迎角越大，壓差阻力越大影響因素知識(shí)點(diǎn)5無(wú)人機(jī)飛行阻力——誘導(dǎo)阻力誘導(dǎo)阻力大雁為什么排成人字隊(duì)形？排成人字隊(duì)形的雁陣誘導(dǎo)阻力大雁為什么排成人字隊(duì)形？誘導(dǎo)阻力誘導(dǎo)阻力定義由于翼尖渦的誘導(dǎo)，導(dǎo)致氣流下洗，在平行于相對(duì)氣流方向出現(xiàn)阻礙無(wú)人機(jī)