《无人机系统导论》课件 第2章-无人机飞行原理

本章首先介绍大气环境基础知识，其次以固定翼无人机为例介绍升力和阻力产生的原理及其影响因素，最后介绍无人机的操稳特性，包括平衡、稳定性和操纵性。第二章无人机飞行原理2.1无人机的飞行环境2.2升力和阻力2.3无人机的操稳特性2.4实训演练教学目录知识目标了解大气层结构和大气物理特性。了解气体状态方程。掌握流体流动的基本规律。了解常见的固定翼无人机翼型。掌握升力和阻力产生的原理及其影响因素。了解无人机操稳特性的主要内容。能力目标能准确描述大气的物理特性。能准确理解气体状态方程和升力与阻力产生的原理。能准确叙述升力和阻力的影响因素。素质目标形成飞行原理的知识体系。能够表述流体运动基本规律，培养科技创新和科技报国精神。了解大疆无人机产品，培养良好的团队协作能力和沟通能力。2.1.1大气层结构和气象要素2.1.2气体状态方程和物理特性2.1.3流体流动的基本规律2.1无人机的飞行环境对流层气温随高度升高而降低；风向、风速经常变化；空气上下对流激烈；有云、雨、雾、雪等天气现象。散逸层散逸层为地球大气最外层，无明确上界，层内空气稀薄，又远离地面，受地球引力作用很小，大气分子不断地向星际空间逃逸。热层热层直接受太阳短波辐射，空气处于高度电离状态，温度随高度增高而上升，该层空气密度极低且随高度不断减小。中间层气温随高度升高而下降，且空气存在相当强烈的垂直方向运动，适合超高空长航时飞行器等及采用吸气式动力的飞行器平稳飞行。平流层气流较平稳，能见度较好，气温受地面影响较小，但在30km以上，平流层的臭氧层会大量吸收太阳紫外线而使气温迅速升高。根据大气中温度随高度变化的情况，可将大气层划分为对流层、平流层、中间层、热层和散逸层5个层次。航空器的主要飞行区域是对流层和平流层。2.1.1大气层结构和气象要素——大气层结构气象要素表示大气状态的物理量和物理现象统称为气象要素。气温、气压、空气湿度等物理量，以及风、降雨、大雾等天气现象都是气象要素，它们在一定程度上反映了某个时刻大气的状况。2.1.1大气层结构和气象要素——气象要素气温气温，即大气的温度，作为衡量大气状态的关键物理量，直观反映出大气的冷热程度。在日常生活里，人们所感知到的天气冷暖正是气温最直接的体现。气温的测量单位主要有摄氏温标（℃）、华氏温标（℉）和绝对温标（K）。气压气压是指作用在单位面积上的大气压力，即等于单位面积上所承受的垂直空气柱的重量，是描述地球周围的大气对地面上物体在单位面积上产生的压力大小的物理量。目前常用的气压单位有帕斯卡（Pascal）和毫米水银柱（mmHg）。湿度湿度用于表示大气中水汽含量和湿润程度。在一定的温度下，一定体积空气里含有的水汽越少，则空气越干燥；水汽越多，则空气越湿润。大气湿度常用的表示方法有水汽压与饱和水汽压、相对湿度、露点温度等。密度大气密度是指单位体积内的大气质量。若单位体积内的气体微粒数量多，空气比较稠密，则空气的密度就大；反之，如果空气比较稀薄，空气密度就小。大气层海拔越高，空气越稀薄，因此大气密度随高度的增加而减小。2.1.1大气层结构和气象要素——气象要素01.定义气体状态方程又称理想气体状态方程，是描述理想气体在处于平衡态时，压强、体积、物质的量、温度间关系的状态方程。02.表达式p

=

ρ

R

T其中p为大气的压强（Pa），ρ为大气的密度（kg/m3），T为大气的热力学温度（K），R为大气气体常量，其值为287.05J/(kg•K)。03.结论（1）当密度不变时，压强和温度成正比。即一定质量的气体，如果体积保持不变，也就是密度保持不变，当温度升高时，压强会增大。（2）当温度不变时，压强和密度成正比。即一定质量的气体，如果温度保持不变，压强增大则气体体积减小，密度增大；压强减小，密度也减小。（3）当压强不变时，密度与温度成反比。即一定质量的气体，如果压强保持不变，温度升高时，气体体积增大。低空大气近似理想气体，气体状态方程可精准换算压强、密度与温度的关联，是无人机性能分析的理论依据，设计无人机时可依托该方程结合不同高度大气参数精确计算无人机的升力、阻力等。2.1.2气体状态方程和物理特性——气体状态方程01连续性气体和流体一样具有连续性，标准大气下空气分子数量庞大；飞行器低空飞行时尺寸远大于空气分子平均自由行程，可依托连续介质假设将大气视作连续介质，便于空气动力学的理论计算；但高空空气稀薄、分子自由行程接近或超过飞行器尺寸时，该假设不再适用。02粘性大气黏性源于气体分子无规则热运动，气流分层流速不同便会产生层间内摩擦即黏性力；物体低速飞行时空气黏性阻力微弱，高速飞行则需重视该作用力，3倍声速及以上飞行还会因气动加热带来机体升温问题，需做好隔热防护。03可压缩性气体受压强影响会改变体积与密度，具备可压缩性，液体则一般不可压缩；低速气流（100m/s以下）流经飞行器时空气密度变化小，可忽略可压缩性，高速尤其是超声速飞行时空气被剧烈压缩形成激波、阻力骤增，必须考虑气体可压缩性。2.1.2气体状态方程和物理特性——大气物理特性重于空气的飞机，依靠与空气做相对运动时所产生的空气动力来克服自身的重力升空。没有飞行速度，就不会产生空气动力。空气动力源于空气和飞机之间的相对运动。地面视角空气静止，飞机作为主体，以速度v在大气中穿行，切割气流。飞行员视角飞机静止，空气作为主体，以速度v迎面吹来，气流流过机身表面。作用在飞机上的空气动力不会因观察者的角度发生变化而变化，无论是飞机在静止的空气中飞行，还是空气流过静止的飞机，只要两者相对速度相等，飞机所受的空气动力就完全相等。重要应用：风洞实验将飞机模型固定在实验段，利用大型风机产生高速气流吹过模型，模拟真实飞行状态。这不仅能精准测量空气动力数据，还极大地降低了实机试飞的研发成本与风险。2.1.3流体流动的基本规律——相对运动原理当流体稳定、连续不断地流过一个粗细不等的变截面管道时，根据质量守恒定律，流过管道任意截面的流体质量都是相等。连续性方程：ρAvASA=ρBvBSB=常量其中，ρA为A截面处流体的密度（kg/m3），ρB为B截面处流体的密度（kg/m3），vA为A截面处流体的流速（m/s），vB为B截面处流体的流速（m/s），SA为A截面的面积（m2），SB为B截面的面积（m2）。如果在流体流动过程中，其密度保持不变，即ρA=ρB=ρ，则上式可以简化为：vASA=vBSB=常量当流体低速定常流动时，流体速度的大小与流管截面面积成反比，这就是连续性定理。连续性定理只适用于低速（小于0.3c，c为声速）的情况，不适用于亚声速，更不适用于跨声速、超声速、超高声速的情况。2.1.3流体流动的基本规律——连续性定理

由连续性定理和伯努利定理可知：流管细的地方，流速大，压力小；反之，流管粗的地方，流速小，压力大。空气流动产生的动能，即空气本身实际具有的压力，称为静压；空气运动产生的动压，即蕴藏在流动的空气中的动能，称为动压。当流体流经物体时，流速会发生变化。根据伯努利定理，静压与动压之和是一个常量，即

伯努利定理的实质是流体的能量守恒定律，描述了在流体流动的过程中流体压强和速度之间的关系。2.1.3流体流动的基本规律——伯努利定理2.2.1翼型2.2.2升力和阻力的产生2.2.3影响升力和阻力的因素2.2升力和阻力中小型无人机无须采用复杂特种翼型，优先选择平板形翼剖面或薄的单凸形翼剖面。二者结构简单，气动特性稳定，能满足低速飞行需求，且加工便捷，符合中小型无人机的工程化应用标准。对高空长航时无人机而言，由于高空空气稀薄，高空长航时飞行要求无人机具有较大的升力系数，且对升阻比也有较高要求，因此其通常采用升力系数大的翼型，部分高速无人机机翼和尾翼采用对称翼型。低速无人机机翼大多采用平凹形或双凸形。对固定翼无人机而言，翼型是其机翼横截面的特定形状，也称为翼剖面或叶剖面，它如同无人机的“灵魂切面”，对无人机的飞行性能起到决定性作用。2.2.1翼型——固定翼无人机的翼型前缘是翼型中弧线的最前点，是气流首先接触翼型的位置，通常是一个较为圆润的形状。后缘是翼型中弧线的最后点，上、下表面气流经过翼型后在此处汇合。前缘与后缘01翼弦是连接前缘和后缘的直线，是测量迎角等参数的基准线。弦长即翼弦的长度，是指前缘至后缘的距离，是衡量翼型大小的基本尺寸参数。翼弦与弦长02上、下表面的最大距离称为最大厚度，简称厚度。最大厚度与弦长之比称为相对厚度，它对翼型的结构强度和气动性能均有重要影响。最大厚度与相对厚度03弯度是指翼型中弧线与翼弦之间的垂直距离，其中最大垂直距离称为最大弯度。最大弯度与弦长之比称为相对弯度。翼型的相对弯度用于说明翼型上、下表面弯曲程度的差别。最大弯度与相对弯度04前缘半径是指翼型前缘曲率圆的半径。前缘半径与弦长之比称为前缘相对半径，前缘半径的大小影响气流在前缘的流动状态。前缘半径05后缘角是指翼型上、下表面在后缘点切线的夹角，后缘角的大小会影响气流在后缘的分离情况和尾流特性。后缘角06翼型的翼弦与飞行方向或相对气流方向之间的夹角称为迎角（也叫攻角）。无人机通常以一定的迎角飞行，起落时迎角较大，巡航时迎角较小。迎角的大小对无人机的升力和阻力都有一定的影响。2.2.1翼型——固定翼无人机翼型的几何参数结合连续性定理和伯努利定理，由于机翼上表面突出、下表面平坦，因此当气流流过上表面时流动通道变窄，气流速度增大，压强降低，并低于前方气流的大气压；而气流流过下表面时，由于机翼前端上扬，气流受到阻挡，且流动通道扩大，气流速度减小，压强升高，高于前方气流的大气压。此时，上、下表面形成的压力差就是机翼产生的空气动力。作用在机翼上的空气动力01将机翼表面各处的空气动力合到一处就形成机翼的总空气动力（R），R的方向向上并向后倾斜。R可分解为垂直于相对气流方向和平行于相对气流方向的两个分力。垂直于相对气流方向上的分力就是机翼的升力（L）

，升力通常用于支撑无人机。平行于相对气流方向的分力是阻碍无人机前进的力，称为阻力（D）。升力和阻力的作用点称为压力中心。升力的产生022.2.2升力和阻力的产生——升力旋翼无人机产生升力的原理与固定翼飞机一致，二者的核心部件的横截面均为翼型，只是固定翼无人机由发动机提供推力驱动整机前进，使机翼与空气产生相对速度以产生升力，而旋翼无人机则通过桨叶自身的旋转，直接与空气形成相对速度来获得升力。无人机机翼产生的升力大小与翼型和迎角都有关系，迎角不同产生的升力也不同。迎角增大，升力也会随之增大，但当迎角增大到一定程度时，气流就会开始在机翼的上表面分离，尾部会出现很大的涡流区，这时升力会突然减小，这种现象称为“失速”。升力的方向与相对气流垂直，而不是与地面垂直。升力的方向取决于无人机的飞行方向，也就是取决于相对气流流速的方向。因为升力与相对气流的这种垂直关系，无人机才能通过调整姿态、改变相对气流与机翼的角度等方式，来实现上升、下降、转弯等不同飞行动作。2.2.2升力和阻力的产生——升力摩擦阻力摩擦阻力由空气和机体表面摩擦产生，受机体粗糙度、空气黏性、接触面积影响，三者越大阻力越大。诱导阻力翼尖高低压气流交汇形成翼尖涡流，衍生水平分力即诱导阻力；阻力大小受升力、翼型、展弦比影响，升力越大、翼型简易则阻力越高，大展弦比机翼可减小诱导。压差阻力压差阻力来自机体前后气压差，机头高压、机尾低压形成向后阻力，流线外形可减小压差阻力。干扰阻力干扰阻力由机身、机臂等衔接处气流互相扰动形成，衔接粗糙、间隙大都会增大阻力；加装流线整流片、优化部件衔接可降低该阻力。阻力2.2.2升力和阻力的产生——阻力04迎角合理范围内增大迎角，机翼上下压差变大、升力提升；迎角超出临界值后气流分离，升力骤降引发失速、机身失稳。同时迎角增加会加剧气流分离，使压差阻力不断上升，失速时阻力激增。01机翼形状流线型机翼上凸下平，依靠机翼上下气流压差产生升力，机翼曲度、前后缘尺寸等参数优化可提升升力；规整流线外形能平顺气流、降低阻力，而粗糙不规则的机翼会显著增大压差阻力，损耗动力、缩短续航。02飞行速度升力、阻力同飞行速度的平方成正比，速度翻倍则升阻增至四倍；提速可加大机翼压差、提升升力，但速度过高会造成阻力陡增、能耗上升，对机体结构强度提出更高要求。03空气密度升力与阻力和空气密度成正比，密度翻倍则升阻同步翻倍。低空空气稠密，升力充足、飞行平稳，但阻力偏大，需要更大动力；高空空气稀薄，升力下降易出现升力不足问题，不过阻力随之减小，发动机推力负担更低。05部件布局与连接机身、机翼等部件衔接处气流扰动会产生干扰阻力，接缝粗糙、间隙大则阻力升高；优化布局、采用一体化平滑衔接设计，既能降低干扰阻力，还可改善气流环境、提升升力。2.2.3影响升力和阻力的因素2.3.1无人机的平衡2.3.2无人机的稳定性2.3.3无人机的操纵性2.3无人机的操稳特性2.3无人机的操稳特性在无人机技术体系里，平衡、稳定性与操纵性作为核心要素，对无人机的飞行性能有着重要的影响。平衡作为无人机飞行的基石，是维持机身姿态的关键能力；稳定性是无人机在复杂环境中维持既定飞行状态的能力；操纵性体现为无人机对各类控制指令的响应精度与敏捷度。无人机在地面静止时处于平衡状态，此时只有无人机的重力和地面对无人机的支撑力这一对方向相反、大小相等的力。无人机飞行时，当作用于机上的所有外力的合力为0，所有外力对无人机重心产生的力矩之和为0时，无人机也处于平衡状态。平衡需要满足无人机上所受合力为0，合力矩也为0，主要体现为横向、纵向、航向3个方向的平衡。无人机的重心是指地球对无人机中每一微小部分引力的合力的作用点。无人机的组成部分和机载设备的重力之和是无人机的重力，而无人机的重力的作用点就是无人机的重心。重心位置参数通常用重心在平均气动弦上的投影点到无人机机翼前缘的距离与平均气动弦长的比值来表示，即：

其中，X为重心位置参数；x重为重心在平均气动弦上的投影点到无人机机翼前缘的距离；bMC为平均气动弦长。平均气动弦长是一个假想的矩形翼弦长，该矩形翼的面积、空气动力，以及俯仰力矩性质都与原机翼等效。2.3.1无人机的平衡——无人机的重心纵轴是沿着机身长度方向，在无人机对称面内由机尾通过重心指向机头的假想直线，指向机头的方向为正方向。无人机绕纵轴的转动称为滚转运动或横滚运动。纵轴主要用于描述无人机在前后方向的平移运动。当无人机沿纵轴正方向产生速度或位移时，表示向前飞行，反向则为后退。纵轴横轴是从左机翼通过无人机重心到右机翼并与纵轴垂直的假想直线，指向右机翼方向为正方向。无人机绕横轴的运动称为俯仰运动。横轴主要用于衡量无人机在左右方向的平移运动。当无人机沿横轴正方向产生速度或位移时，意味着向右飞行，负向则左飞。横轴立轴通过无人机的重心并垂直于纵轴和横轴，指向上方为正方向。无人机绕立轴的转动称为偏转运动或偏航运动。立轴主要用于描述无人机在垂直方向的位置和平移运动，核心关联运动为上升和下降。升力大于重力沿立轴上升，小于重力则下降，二者相等时悬停或平飞。立轴无人机的坐标轴是用于描述无人机姿态和运动的重要参考框架，通常采用右手直角坐标系，主要包括纵轴、横轴和立轴。2.3.1无人机的平衡——无人机的坐标轴无人机的横向平衡是指无人机做匀速直线运动，且不绕纵轴转动的状态。当无人机匀速直线飞行时，使其绕着纵轴滚转的力矩主要由机翼上的升力及其重力产生。为了使无人机不绕纵轴转动，保持横向平衡，应使无人机的右侧力矩总和等于左侧力矩总和，即：其中，L右和

L左分别为右机翼和左机翼的升力；W右和W左分别为右侧机翼和左侧机翼的载重；a、b、c、d

为这些力到无人机重心的垂直距离。

横向平衡能够确保无人机在飞行时左、右两侧保持相对水平，避免出现一侧机翼或机臂过低的情况，使无人机能够按照预定的航线和姿态飞行。2.3.1无人机的平衡——横向平衡通过高精度的陀螺仪和加速度计实时监测无人机的横向角速度和加速度，并将这些数据快速传输给飞控系统，以便系统及时了解无人机的横向姿态变化。01传感器实时监测飞控系统根据传感器数据，首先运用先进的控制算法计算出需要调整的量，其次通过电子调速器精确控制螺旋桨的转速，或者控制舵面的偏转角度，产生相应的横向力和力矩，来抵消使无人机失去横向平衡的外力，保持平衡状态。02飞控系统调节一些无人机具备自动校准功能，能够在飞行前或飞行中对传感器进行校准，确保其测量的准确性。同时，飞控系统还可以根据无人机的飞行状态和环境因素，对可能影响横向平衡的因素进行自动补偿，提高横向平衡的稳定性。03自动校准与补偿技术2.3.1无人机的平衡——维持无人机横向平衡的措施无人机的纵向平衡是指无人机在纵向做匀速直线运动，且不绕横轴转动的状态。当无人机匀速直线飞行时，使其绕横轴俯仰的力矩主要是作用在机翼、机身和尾翼上的升力，以及发动机的推力和阻力产生。为了使无人机不绕横轴转动，保持纵向平衡，应使无人机的上仰力矩总和等于下俯力矩总和，即：其中，L翼为机翼升力；L尾为水平尾翼升力；L身为机身升力；D为空气阻力；T为发动机推力；a、b、c、d、e

为这些力到无人机重心的垂直距离。

纵向平衡能够使无人机在飞行时保持机头和机尾的相对水平，防止出现机头过度上仰或下俯的情况，避免因姿态失控而导致坠机等安全事故，保证无人机在各种飞行条件下都能稳定飞行。2.3.1无人机的平衡——纵向平衡在无人机设计和组装过程中，通过合理安排各部件的位置和选择合适的配重，确保重心处于设计要求的范围内，为纵向平衡提供良好的基础。01精确的重心调整依靠先进的飞行控制系统，利用传感器实时采集的姿态数据，通过复杂的控制算法进行处理，快速、准确地控制螺旋桨的转速或舵面的偏转，从而产生相应的力矩来平衡重力和空气动力，实现对纵向平衡的精确控制。02先进的飞行控制系统有些高端无人机采用自适应控制技术，能够根据飞行环境和任务的变化，自动调整控制参数和策略，以适应不同的气流、载重等情况，保持良好的纵向平衡性能。03自适应控制技术2.3.1无人机的平衡——维持无人机纵向平衡的措施无人机的航向平衡是指无人机做匀速直线运动，且不绕立轴转动的状态。当无人机匀速直线飞行时，使其绕立轴转动的偏航力矩由两边机翼的阻力和发动机的推力产生。为了使无人机不绕立轴转动，保持航向平衡，应使无人机的左转力矩总和等于右转矩总和，即：其中，D左和D右分别为机翼左侧和右侧的阻力；T左和T右分别为左发动机和右发动机的推力；a、b、c、d

为这些力到无人机重心的垂直距离。保持良好的航向平衡是无人机安全飞行的基础。如果航向失去平衡，出现大幅度的偏摆或打转，可能会导致无人机失去控制。只有保持航向平衡，无人机才能按照预定的航线飞行，准确地获取所需的数据和图像信息，保证任务的执行精度和质量。

2.3.1无人机的平衡——航向平衡在无人机组装和调试过程中，要对螺旋桨和电机进行严格的匹配和调校，确保各个螺旋桨和电机的性能一致，安装角度准确无误，以提供均匀、稳定的动力输出，减少因动力不平衡导致的航向偏差。01精确的动力系统调校采用高精度的陀螺仪、磁罗盘等传感器，并结合先进的滤波算法，对传感器数据进行处理，去除噪声和干扰，提高航向测量的准确性和可靠性，为飞控系统提供精确的航向信息。02先进的传感器与滤波技术飞控系统通过自适应控制、模糊控制等先进的控制算法，自动调整控制参数，对航向进行精确控制。同时，设置航向补偿机制，当检测到航向偏差时，及时产生相应的纠正力矩，使无人机回到正确的航向。03智能的飞控算法与补偿机制2.3.1无人机的平衡——维持无人机航向平衡的措施2.3.2无人机的稳定性无人机在飞行过程中会受到各种干扰，导致无人机偏离原来的平衡状态，而在干扰消失后，无人机无须通过飞行控制系统，就能自动恢复到原来的平衡状态的特性就是无人机的稳定性。根据无人机绕机体坐标轴的运动形式不同，无人机的稳定性分为纵向稳定性、横向稳定性和航向稳定性。机身受扰动上仰，迎角变大产生向上附加升力ΔY，如果无人机重心在焦点前，ΔY形成下俯回正力矩，使无人机趋向于恢复原来的飞行状态。反之，机头下俯则产生向下附加升力，生成上仰力矩，也使无人机趋向于原来的稳定状态，如图（a）所示。如果无人机重心位于焦点后，则将产生俯仰不稳定力矩。当无人机受到扰动而迎角增大时，无人机的附加升力对无人机形成上仰的不稳定力矩，迫使迎角更大。反之，当迎角减小时，俯仰不稳定力矩则迫使迎角更小，如图（b）所示。纵向稳定性：受到扰动偏离原来的纵向平衡状态，并在扰动消失后能够自动恢复到原来纵向平衡状态的特性。在飞行过程中，作用于无人机的俯仰力矩主要是机翼力矩和水平尾翼力矩。当无人机的迎角发生变化时，机翼和尾翼上都会产生一定的附加升力，这个附加升力的合力的作用点称为无人机的焦点。2.3.2无人机的稳定性——纵向稳定性纵向稳定性确保无人机在遇到气流颠簸、姿态调整等情况时能够保持纵向姿态的相对稳定，防止出现过度俯仰运动而导致坠机等危险情况，是无人机安全飞行的重要保障。同时，纵向稳定性能够提高无人机执行任务的精度。在进行地形测绘时，纵向稳定的无人机可以更准确地测量地形高度变化，提高测绘数据的准确性。无人机的纵向稳定性取决于其重心的位置。只有当重心位于焦点前面时，无人机才是纵向稳定的；如果无人机的重心位于焦点之后，则其纵向是不稳定的。重心前移可以增加无人机的纵向静稳定性，但并不是纵向静稳定性越高越好。例如，若纵向静稳定性过高，升降舵的操纵力矩就难以使无人机“抬头”。因此，如果重心过于靠前使纵向静稳定性过高，会导致无人机的操纵性变差。2.3.2无人机的稳定性——纵向稳定性无人机的横向稳定性：受到扰动以致横向平衡遭到破坏，而在扰动消失后能够自动恢复到原来横向平衡状态的特性。在无人机飞行过程中，使无人机自动恢复原来横向平衡状态的转动力矩主要由机翼上反角、机翼后掠角和垂直尾翼产生，这里以机翼上反角为例说明。机翼上反角是指机翼基准面与水平面的夹角，用Ψ来表示。当Ψ＜0时，即下反角。机身侧倾时两侧机翼迎角、升力出现差值，生成回正力矩实现横向稳定；上反角越大恢复力矩越强、稳定性越好，但上反角过大会影响升力效率。良好的横向稳定性可避免机身大幅滚转、保障飞行安全，降低气动损耗、提升续航，还能优化测绘成像质量，提高作业精度。2.3.2无人机的稳定性——横向稳定性在复杂的空域环境中，稳定的航向是无人机避免碰撞的关键。无人机主要是靠垂直尾翼的作用来保障航向稳定性，航向稳定恢复力矩是在无人机侧滑中产生的。假设无人机的左前方有外界扰动，使无人机偏离原来的航向，产生向右的侧滑，相对气流方向和无人机的对称面之间有一个侧滑角β，此时相对气流从无人机的左前方吹来，叫作左侧滑。同理，相对气流若从右前方吹来则叫作右侧滑。从无人机左前方吹来的相对气流作用在垂直尾翼上，产生向右的附加侧向力Z，它对无人机形成一个航向稳定恢复力矩M，使机头左偏，消除侧滑，从而使无人机趋向于恢复航向平衡状态，这就是无人机的航向稳定性。相反，无人机出现右侧滑时，会形成使无人机向右偏转的航向稳定恢复力矩。只要有侧滑，无人机就会产生航向稳定恢复力矩，并使无人机消除侧滑，恢复到原来的平衡状态。2.3.2无人机的稳定性——航向稳定性操纵性，是指无人机对飞行控制系统的操纵做出反应并改变飞行状态的特性，也就是无人机根据飞行控制系统的指令完成各种飞行动作的能力。无人机的操纵性同样可以分为纵向操纵性、横向操纵性和航向操纵性。纵向操纵性纵向操纵依靠升降舵控制机身绕横轴俯仰，调整迎角与航速；变速时配合改变迎角，维持升力和重力平衡。横向操纵性横向操纵通过副翼控制机身绕纵轴滚转；左右副翼反向偏转改