无人机技术原理18课件

无人机技术原理第三章无人机的动力性能分析无人机的动力与性能无人机动力系统发动机类型速度（km/h）使用高度（m）续航时间（h）起飞质量（kg）适用的无人机类型活塞发动机110~2591500~9750（个别19800）1~4830~1150长航时、侦察、监视、反辐射等涡轴发动机160~3904000~61003~4658~1100短距/垂直起降无人机涡桨发动机357~50014000~1600025~321650~3200中空长航时、攻击无人机涡喷发动机700~11003000~175000.2~3.0160~2500（个别可达13t）靶机、高速侦察机、攻击无人机涡扇发动机500~10003000~200003~42600~12000中高空长航时侦察、监视及无人作战飞机微型电动机/内燃机/喷气发动机36~7245~150<10<0.1侦察、监视、搜索等无人机动力装置的应用范围无人机的动力与性能活塞式发动机无人机活塞式发动机是指使用某种燃油为燃料，使其在汽缸里燃烧膨胀，推动活塞下行带动曲轴旋转，以此形式输出动力的航空发动机，如图所示。无人机活塞式发动机无人机的动力与性能活塞式发动机按照油气混合物的配置方式，

活塞式发动机可以区分为化油器式发动机和喷油式发动机；按气体进入气缸前是否增压，

活塞式发动机可以区分为吸气式发动机和增压式发动机；按照发动机曲轴和螺旋桨之间有无减速器，

活塞式发动机可以区分为直接驱动式发动机和非直接驱动式发动机；按照气缸排列的形式，

活塞式发动机可以区分为直列式发动机、水平对置发动机、V型发动机以及其他类型。无人机的动力与性能活塞式发动机无人机活塞式发动机基本组件包括活塞、曲轴、连杆、气缸、进排气门和火花塞等，如图所示。活塞式发动机组成无人机的动力与性能活塞式发动机无人机活塞发动机运作通常包括进气行程、压缩行程、膨胀行程和排气行程，称之为四冲程循环过程，如图所示。活塞式发动机四冲程循环示意图无人机的动力与性能涡轮式发动机1.涡轮喷气式发动机现代涡轮喷气发动机（简称涡喷发动机）的结构由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管组成，如图所示。涡轮喷气式发动机的工作原理无人机的动力与性能涡轮式发动机2.涡轮风扇发动机涡轮风扇发动机简称涡扇发动机，就是在涡轮喷气发动机的的基础上增加了几级涡轮，并由这些涡轮带动一排或几排风扇，风扇后的气流分为两部分，一部分进入压气机（内涵道），另一部分则不经过燃烧，直接排到空气中（外涵道）。涡轮风扇发动机示意图无人机的动力与性能涡轮式发动机3.涡轮螺旋桨发动机为了提高效率，人们索性抛去了风扇的外涵壳体，用螺旋桨代替了风扇，便形成了涡轮螺旋桨发动机，简称涡桨发动机。涡轮螺旋桨发动机结构组成无人机的动力与性能电动力系统无人机的电池主要以锂聚合物电池为主，特点是能量密度大、重量轻、耐电流数值较高。无人机的电机主要以无刷电机为主，主要是因为有刷电机消耗比较大。无刷电机如图所示，一头固定在机架力臂的电机座，一头固定螺旋桨，通过旋转产生向下的推力。选购电机也要根据无人机的不用应用来确定，不同大小、负载的机架，需要配合不同规格、功率的电机。无人机电机的结构组成无人机的飞行包线无人机的飞行包线是以飞行速度、高度和过载等作为界限的封闭几何图形，如图3.13所示，用以表示无人机的飞行范围和飞行限制条件。比较不同的无人机包线，可以分析出无人机飞行性能的优劣。无人机飞行包线示意图无人机的飞行包线1.最小速度最小速度是指固定翼无人机能维持平稳飞行的最小速度。固定翼无人机最大速度受限于以下两方面因素：1)速压与无人机结构强度。2)发动机剩余推力。2.最大高度最小速度随高度递增，最大速度随高度递减，最终他们会在某个高度相连，这个点就是理论最高升限。3.过载/速度表。无人机的性能计算固定翼无人机的性能计算1.定直平飞性能2.定常直线上升性能通常所有发动机关于机体对称，并且相对于机体坐标系有一个安装角φp，如图所示。无人机在定常直线上升飞行时（忽略迎角及发动机安装角）的运动方程为其中Vy为上升率，θ为爬升角。根据以上方程可以得出无人机在不同飞行状态（H，Ma）下的上升率：飞机在同一高度下的最大上升率为:无人机的性能计算无人直升机的性能计算电动无人直升机续航时间T的表达式为：电动无人直升机的最大航程可以表示为：为电池比能量的温度特性系数；为电池常温时的比能量，W∙h/kg；为电池的重量；为直升机某高度飞行时电池的输出功率，W按照功率平衡关系，电动无人直升机的单位需用功率和电池的输出功率之间的关系为：式中，为功率利用系数；为直升机单位需用功率；G为直升机总重。可得到电动无人直升机最大续航时间的近似表达式：无人机的性能计算多旋翼无人机的性能计算多旋翼无人机动力系统由航模电池、电子调速器、直流无刷电机和螺旋桨四个部分组成，各组件的参数指标如表所示。多旋翼无人机动力系统组件的参数指标无人机的性能计算多旋翼无人机的性能计算1.螺旋桨螺旋桨是直接产生推力的部件，同样是以追求效率为第一目的。匹配的电机、电调和螺旋桨搭配，可以在相同的推力下耗用更少的电量，能够延长多旋翼的续航时间。2.电机多旋翼的电机主要以无刷直流电机为主，将电能转化为机械能。无刷直流电机运转时靠电子电路换向，这样极大的减少了电火花对遥控无线电设备的干扰，也减小了噪音。3.电调电调全称电子调速器，最