无人机理论与法规朱红梅39课件

无人机理论与法规教师：朱红梅02固定翼无人机飞行原理空气动力学基础固定翼无人机的飞行原理直升机型无人机飞行原理多旋翼无人机的飞行原理PART2PART1PART3PART4Part1空气动力学基础PART1一.大气的性质二.气体流动的基本规律三.无人机飞行的运动规律什么是空气动力相对气流飞机的相对气流方向与飞行速度方向相反只要相对气流速度相同，飞机产生的空气动力就相同爬升时下降时平飞时水平转弯1.速度与加速度速度：物体移动的快慢及方向，常用的单位是每秒多少米（m/s）。加速度：速度的改变率，我常用的单位是（m/s2），如果加速度是负数，则代表减速。2.牛顿运动定律牛顿运动定律包括牛顿第一运动定律、牛顿第二运动定律和牛顿第三运动定律三条定律，由艾萨克·牛顿在1687年于《自然哲学的数学原理》一书中总结提出。

牛顿第一运动定律：一切物体在没有受到外力作用的时候，总保持匀速直线运动或静止状态，也就是惯性定律。第一定律说明：一切物体都有惯性；力是改变物体运动状态的原因。无人机飞行的运动规律当飞机在天上保持匀速直线飞行时，这时飞机所受的合力为零与一般人想象不同的是，当飞机降落保持相同下沉率下降，这时升力与重力的合力仍是零，升力并未减少，否则飞机会越掉越快。

牛顿第二运动定律：物体的加速度跟物体所受的合外力成正比，跟物体的质量成反比，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：力使物体获得加速度；飞机起飞滑行时引擎推力大于阻力，于是产生向前的加速度，速度越来越快阻力也越来越大，迟早引擎推力会等于阻力，于是加速度为零，速度不再增加，当然飞机此时早已飞在天空了。

牛顿第三运动定律：两个物体之间的作用力和反作用力，在同一直线上，大小相等，方向相反。

第三定律揭示出力的本质：力是物体间的相互作用。无人机飞行的运动规律Part2固定翼无人机的飞行原理PART21.飞行三要素2.升力的产生3.固定翼飞机的推力4.固定翼飞机的操纵固定翼类无人机是最早出现的无人机机型。常用的接收机通道名称依然沿用了固定翼遥控飞机中使用的叫法：AIL-副翼；ELE-升降舵；THR-油门；RUD-方向舵；GRY-起落架等。这些名称在多旋翼或者其它类型无人机中并不使用，但依然沿用这类称呼，足见固定翼在无人机机型中的重要位置。固定翼无人机机翼平伸机体两侧，机翼主要产生升力，机翼相对固定固定翼无人机结构固定翼无人机飞行原理固定翼无人机飞行原理固定翼无人机的动力原理非常简单：动量守恒。一般可通过机身前部或者后部的螺旋桨推送空气提供反向动力，同时在高空中借助气流飞行与姿态调整。借助副翼，升降舵，方向舵提供无人机飞行需要的横滚，俯仰，姿态力矩——其实从名称就可以一目了然地明确控制方法了。具有能产生升力的机翼,用来平衡飞机的重力。具有能提供拉力或推力的动力系统,用来平衡飞机的阻力。具有能控制飞机姿态的操纵系统，让飞机有可操纵性，使其按照预定的轨迹飞行。

飞行三要素

某同学为了探究飞机的升力，制作了一个机翼模型，并把它穿在一根铁丝上，在铁丝的上下各挂一个弹簧测力计，如图所示，他再接通电源让电风扇对着机翼吹风．下面是该同学对实验结果做出的猜想，你认为正确的是（）

A．弹簧测力计A的读数增大，B的读数减小

B．弹簧测力计A的读数减小，B的读数增大

C．两个弹簧测力计的读数都增大

D．两个弹簧测力计的读数都减小升力的产生升力的产生相同的时间，相同的起点和终点，小狗的速度和人的速度哪一个更快？1726年，伯努利（Bernoulli瑞士物理学家、数学家、医学家）通过无数次实验，发现了“边界层表面效应”：流体速度加快时，物体与流体接触的界面上的压力会减小，反之压力会增加。为纪念这位科学家的贡献，这一发现被称为“伯努利效应”

（Bernoullieffect）。伯努利效应适用于包括气体在内的一切流体，是流体作稳定流动时的基本现象之一，反映出流体的压强与流速的关系，流速与压强的关系：流体的流速越大，压强越小；流体的流速越小，压强越大。25伯努利方程公式

p+1/2v2=常数伯努利定理伯努利定理空气流到机翼前缘，分成上、下两股气流，分别沿机翼上、下表面流过，在机翼后缘重新汇合向后流去。机翼上表面比较凸出，流管较细，说明流速加快，压力降低。而机翼下表面，气流受阻挡作用，流管变粗，流速减慢，压力增大。于是机翼上、下表面出现了压力差，垂直于相对气流方向的压力差的总和就是机翼的升力。伯努利定理以其假设，越过机翼上下表面的气流会在机尾相汇，据此计算气流上下的速度差，利用伯努利定律得出压力差，最后获得的升力数据，会发现完全不足以支持飞机的重力。事实上，风洞试验也验证了上下表面的气流并不会在机尾汇合。康达效应(CoandaEffect)亦称附壁作用或柯恩达效应。流体（水流或气流）有偏离原本流动方向，改为随着凸出的物体表面流动的倾向。当流体与它流过的物体表面之间存在表面摩擦时（也可以说是流体粘性），只要曲率不大，流体就会顺着该物体表面流动。根据牛顿第三定律，物体施与流体一个偏转的力，则流体也必定要施与物体一个反向偏转的力。这种力在轻质物体上体现得非常明显，如汤勺，但对于大型飞机来说，比重并不是很大。这种作用是以罗马尼亚发明家亨利·康达为名。康达效应(CoandaEffect)气流流经机翼曲面时，气流会紧贴机翼表面。这样，机翼的形状有效地改变了气流的方向，使离开机翼的气流相对飞机作向下的高速运动。机翼推开气流，但这个运动受力的反作用力作用于机翼上，相当于气流也在推开机翼，这个力使得机翼向上举起。康达效应(CoandaEffect)当一块平板的方向不是与气流运动方向严格垂直，那么，平板会受到气流的冲击。飞机的机翼与其自身有一定倾角4°左右，特别是，当飞机起飞时，要把机头高高抬起，形成更大的倾角，这样在低速时，也可以获得较大的气流冲击效应，以便使几十吨的飞机起飞。参考空气密度、实际的空气流量等参数，计算一下所能产生的升力，就会发现得到的结果仍然不足以支撑飞机的重力。气流冲击效应物体在气流中的受力时非常复杂而无法简化的，但是他们依然要遵守动量守恒定律和能量守恒定律。牛顿定律的基石在于动量守恒，而伯努利定律源于能量守恒，因此这两个方程都可用于计算升力且都正确。所以，升力既可以解释为由于气流对飞机上下表面压力不同的产生的，也可以解释为飞机使气流发生偏转而获得的反作用力产生。但是，气流之所以具有不同的速度，和气流之所以产生偏转，其原因是非常复杂的而难以简化的。某些情况下，飞机机翼上的细微变化就可能对升力大小产生巨大影响。流体力学方面的风洞实验指在风洞中安置飞行器或其他物体模型，研究气体流动及其与模型的相互作用，以了解实际飞行器或其他物体的空气动力学特性的一种空气动力实验方法；风洞试验美国国家航空航天局兰利研究中心的跨音速风洞“风洞”就是用来产生人造气流的管道，它利用人工产生和控制气流，以模拟飞行器等物体在自然环境中的气流运动状况，同时可以观察、量度气流对物体的作用。“风洞”是研制飞行器的关键地面试验设施，在航空飞行器研制中具有非常重要的主导作用，有人就形象地把风洞试验称作飞行器研制的“先行官”，没有先进的风洞试验设备，就不可能研制出先进的航空飞行器。就拿美国的F-22“猛禽”战斗机来说，它的研制就历经了10年的风洞试验过程，它的23种模型先后在15座不同类型的风洞进行了75项、合计约4