无人机系统理论基础 课件 第十课时 固定翼无人机空气动力学

第十课时固定翼无人机空气动力学BU

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AVIATION目录/CONTENTS§2升阻比§4机翼的几何参数§3翼载荷§5翼型的选择§1飞机的坐标系

§1飞机的坐标系飞机的坐标系坐标系的分类描述飞机相对于地面的位置——地面坐标系描述飞机的转动——机体坐标系描述飞机的轨迹运动——速度坐标系飞机的坐标系机体坐标系固定在飞行器或者飞机上的遵循右手法则的三维正交直角坐标系，其原点位于飞行器的质心飞机的坐标系国家标准坐标系

飞机的坐标系飞机的气动角

飞机的坐标系飞机的姿态角

飞机的坐标系飞机的航迹角

§2升阻比升阻比

升阻比升阻比的影响因素机翼面积增大机翼面积可让气流更好地产生托举飞机的力机翼面积越大，飞机越重升阻比升阻比的影响因素展弦比飞机机翼的长度比上宽度展弦比越大就代表飞机机翼越细§3翼载荷翼载荷飞机起飞时质量和机翼面积之比飞机总体设计的主要参数之一机动性好、起飞着陆速度小的飞机采用小翼载荷；速度大的飞机采用大翼载荷§4机翼的几何参数机翼的几何参数机翼的剖面形状早期：平直矩形机翼剖面目前：流线形剖面、菱形剖面机翼的升力系数越大，相同面积的机翼所产生的升力就越大机翼的几何参数翼展

机翼的几何参数弦长

机翼的几何参数展弦比

展弦比诱导阻力飞机的机动性亚音速航程波阻超音速飞行性能机翼的几何参数后掠角机翼与机身轴线的垂线之间的夹角后掠角

机翼的几何参数平直机翼最原始的机翼优点：升力大、气动构型最简单、控制方便、内部结构少、重量轻、载油系数大缺点：只能低速飞行，无法适应高速状态的复杂气动机翼的几何参数后掠翼平直机翼简易降阻的构型通过后掠角在尽量保证升力面积的情况下减小阻力缺点：初期设计后缘气动性能差，升力小现代改良的梯形翼是目前性能最好的常规机翼，主要应用在重型机上机翼的几何参数三角翼优点：保证了和后掠翼同样的低阻性能的前提下增加了升力面积和技术要求,且控制难度低缺点：失速角低，低速性能极差两种变体机翼：前缘双角度的双三角翼、变后掠翼机翼的几何参数后掠角机翼优点提高了飞机高亚音速飞行但又未产生激波的最大马赫数提高了飞机的航向稳定性缺点在大迎角条件下翼尖先失速，飞机容易失去对滚转的操纵低速度情况下升力产生较小高速和低速性能要求相互矛盾机翼的几何参数可变后掠翼飞行过程中机翼后掠角可以随飞机飞行高度、速度变化而改变优点：飞行中可以通过改变机翼后掠角来改进飞机升力、阻力特性机翼的几何参数其他参数

§5翼型选择翼型选择翼型的重要性翼型是机翼和尾翼成形重要组成部分，其直接影响到飞机的气动性能和飞行品质翼型选择重要发展机构及个人NACA：国家航空咨询委员会即美国太空总署（NASA）的前身易卜拉：易卜拉原先发展滑翔机翼型，后期改研发模型飞机翼型特曼：渥特曼教授对现今真滑翔机翼型有重大贡献哥庭根：哥庭根大学对低速（低雷诺数）飞机翼型有一系列的研究班奈狄克：班奈狄克翼型是专门针对自由飞模型，有很多翼型可供选择翼型选择翼型参数包括前缘半径、中弧线、厚度、最大弯度、最大厚度、弦长等弦线：翼型前缘与后缘的连线中弧线：上下翼面各对应中点的连线翼型厚度：翼型上翼面与下翼面的距离翼型选择翼型参数低速飞行的无人机，前缘半径越小，在大迎角下气流越容易分离中弧线形状和厚度分布越大，阻力越大翼型最大厚度位置越靠近前缘，转捩点位置越靠前翼型选择翼型的相关数据包括形状的几何坐标，以及在某个展弦比及各种雷诺数下的升力系数、阻力系数翼型升阻比极曲线的切线斜率越大，升阻比越高应根据巡航状态升力系数，选择阻力系数最小的翼型翼型的极曲线翼型选择翼型的编号例：NACA2412第一个数字2代表中弧线最大弧高是2%第二个数字4代表最大弧高在前缘算起40%的位置第三、四数字12代表最大厚度是弦长的12%翼型选择翼型的分类平凸型：上凸下平全对称翼：上下弧线均凸且对凹凸型：上凸下凹双凸型：上下均凸且不对称S型：上凸下凹，且中弧线是一个平躺的S型特种型：未来满足特殊性能的翼型步云登月

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