无人机结构与系统 第2版 课件. 第14次课2无人机翼型基础知识及其选择

第2章无人机翼型基础知识及其选择翼型的几何参数和主要类型2.1确定翼型2.2职教云测试，评讲错误率高的题目，巩固此部分知识2.1.1翼型的定义和几何参数一般翼型可分为两类，一类是圆头尖尾型，另一类是尖头尖尾型。绝大多数无人机采用为圆头尖尾型。在每类中又分为对称型和非对称型，如图2-2所示。1.翼型的分类2.1.2翼型的主要类型以NACA2415翼型为例说明，如图2-3所示。2.翼型的标准号美国国家航空咨询委员会（NationalAdvisoryCommitteeforAeronautics，NACA）2.1.2翼型的主要类型2.翼型的标准号2.1.2翼型的主要类型NACAXYWZZX——设计升力系数为X*3/20Y——最大弯度位置为Y/20W——中弧线为简单型取0，否则取1(有拐点)ZZ——翼型厚度ZZ%例如NACA23012表示设计升力系数为2*3/20(即0.3)最大弯度位置为3/20（即0.15）中弧线为简单型，相对厚度为12%。2.2确定翼型2.2.1翼型空气动力特性

在翼型平面上，气流

v与翼弦线之间的夹角为翼型的几何迎角，简称迎角α。1.翼型的升力特性图2-5翼型上的空气动力示意图

2.2.1翼型空气动力特性当气流绕过翼型时，在翼型表面上每点都作用有压强p（垂直与翼面）和摩擦切应力

（与翼面相切），它们将产生一个合力R，合力的作用点成为压力中心，合力在气流方向的分量为阻力D，在垂直于气流方向的分量为升力L，如图2-5所示。1.翼型的升力特性图2-5翼型上的空气动力示意图

1.翼型的升力特性翼型无量纲升力系数定义为

式中：CL—翼型升力系数；ρ—空气密度，kg/m3；V—气流相对速度，m/s；b—翼型弦长，m；Y—翼型升力，N。2.2.1翼型空气动力特性1.翼型的升力特性

图2-6翼型升力特性曲线2.2.1翼型空气动力特性2.翼型的阻力特性阻力有哪些完成平台上头脑风暴题影响翼型升力和阻力特性翼型参数主要有：弯度和厚度。2.2.1翼型空气动力特性图2-7翼型阻力特性曲线2.翼型的阻力特性1）在任何迎角下阻力系数

零，因为空气是黏性的，流过翼型时必然产生阻力。2）在迎角较小时，阻力系数基本不变；当迎角较大时，阻力系数随着迎角的增大而较快增加，这是由于黏性作用导致边界层分离而引起的。2.2.1翼型空气动力特性图2-7翼型阻力特性曲线2.翼型的阻力特性3）存在一个最小阻力系数。在迎角较小时，翼型的阻力主要是摩擦阻力，阻力系数随迎角变化不大；在迎角较大时，出现了黏性压差阻力的增量；当迎角等于或大于临界迎角后，分离区扩及整个上翼面，阻力系数快速增大。2.2.1翼型空气动力特性3.翼型的极曲线极线:表示翼型升力系数和阻力系数的关系曲线，如图2-8所示。

图2-8翼型极曲线2.2.1翼型空气动力特性3.翼型的极曲线

图2-8翼型极曲线2.2.1翼型空气动力特性4.翼型的气动中心

翼型绕某一特定点的俯仰力矩不随迎角变化而变化，该点称为气动中心，又叫焦点F，也即气动力增量的作用点。

焦点位置是固定的，它不因迎角的变化而移动。2.2.1翼型空气动力特性5.翼型的压力中心压力中心随着迎角的变化在翼型中央弦线上前后移动，翼型的弯度越大，移动的距离越大。迎角增大，压力中心向前移。对于对称机翼，即使迎角变化，压力中心在弦线25％附近不变化，压力中心P与焦点F重合。而对于非对称翼型来说两者是不重合。什么是压力中心？完成平台上头脑风暴题2.2.1翼型空气动力特性1.雷诺数Re

无人机的飞行高度、飞行速度、风速、空气温度和湿度状况、翼型的几何形状、表面粗糙度等参数都影响翼型空气动力，但其中最主要的影响因素有雷诺数、马赫数、音障和失速。2.2.2影响翼型空气动力的因素根据雷诺数，流体的流动三种状态1.雷诺数Re

图2-9雷诺数对翼型升力特性的影响2.2.2影响翼型空气动力的因素2.马赫数Ma

2.2.2影响翼型空气动力的因素3.音障音障是一种物理现象，这种因为音速造成提升速度的障碍称为音障。扫描观看视频2.2.2影响翼型空气动力的因素4.失速2.2.2影响翼型空气动力的因素4.失速临界迎角与雷诺数也有关联，雷诺数越大，越不容易失速。不同的翼型在失速时的特性并不相同，有的失速后升力很快减小，有的幅度减小就缓和得多。

依据翼型厚度不同，可以把翼型分为厚型、较薄型和薄型三种类型，如图2-12所示。2.2.2影响翼型空气动力的因素4.失速（1）厚型一般指圆前缘，最大厚度大于14%的翼型。从后缘开始失速，在迎角为10°左右时，边界层开始从后缘分离。迎角进一步增大，分离点向前移动。2.2.2影响翼型空气动力的因素4.失速（2）较薄型翼型从前缘开始失速。中等厚度（6%~14％）的翼型，在很小的迎角下气流就从前缘分离，但是立即会又附着在翼型表面上，因此操作人员几乎无法觉察到失速。在更大的迎角下，边界层不再附着，整个翼型几乎立即失速，从而导致升力和俯仰力矩剧烈变化。2.2.2影响翼型空气动力的因素4.失速（3）薄型发生失速时，在小迎角下从头部分离，而后立即再附着，这些分离气泡随着迎角的增加会向后延伸，当延伸到翼型后缘时，翼型达到最大升力。超过这一迎角后，气流在整个翼型上分离，从而失速，升力下降比较平缓，但是俯仰力矩变化较大。2.2.2影响翼型空气动力的因素1.翼型总体外形的考虑思政案例-“翼型之父”顾诵芬院士

对现有各种翼型的几何参数和性能进行对比分析，从中选出能满足无人机空气动力学要求的翼型，此过程为翼型的选择。选择翼型时通常要考虑以下两大因素。2.2.3翼型的选择2.翼型几何参数的考虑1.翼型总体外形的考虑1)双凸翼型的上弧线和下弧线都向外凸，但上弧线的弯度比下弧线大。这种翼型比对称翼型的升阻比大。2)平凸翼型的下弧线是一条直线，这种翼型的最大升阻比要比双凸翼型大。2.2.3翼型的选择1.翼型总体外形的考虑3)凹凸翼型的下弧线向内凹入，这种翼型能产生较大的升力，升阻比也比较大。4)S形翼型的中弧线像横放的S形，这种翼型的力矩特性是稳定的。2.2.3翼型的选择2.翼型几何参数的考虑

（1）弯度（2）厚度2.2.3翼型的选择2.翼型几何参数的考虑

1）对称翼型阻力系数比较小，但升阻也比较小。2）对称翼型的最大失速特性远不如有弯度的翼型，但是它的速度特性比较好。3）对称翼型的零升力矩为零，零升力矩太大会增加配平阻力。（3）前缘（4）对称翼型2.2.3翼型的选择总结1.掌握翼型升力和