华航职校官网

打造通航职业教育产教融合品牌学校

新闻中心

知识科普--无人机飞行原理

发布者:华航小编    发布时间:2020/04/30 10:56:03

华航小编科普时间:

无人机飞行的基本原理


      无人机之所以能在空中飞行,最基本的原理是有一股力量克服了飞机的重力把它托举在空中,这股力量被称为升力。无人机分为固定翼无人机和旋翼无人机两大类,它们产生升力的主要部件的结构形式是不相同的。固定翼无人机产生升力的主要部件是(固定)机翼,而旋翼无人机产生升力的主要部件是旋翼。


1、固定翼无人机的机翼


      当包括固定翼无人机在内的固定机翼飞机在空中飞行时,作用在飞机(含固定翼无人机)上的升力主要由机翼产生,而空气动力的大小和方向会受机翼形状的影响。固定翼无人机机翼的形状与有人飞机机翼的形状基本类似,主要是指机翼的剖面形状、平面形状和安装位置。


2、飞机机翼的剖面形状


      机翼的剖面形状,简称翼型,是用平行于对称平面的切平面切割机翼所得的剖面。最早的飞机,其翼型是平板剖面,这种机翼的升力很小。后来出现了弯板剖面,对升力特性有所改进。再后来随着飞机的发展又出现了平凸形、双凸形、对称形、层流形、菱形、网弧形等翼型,如图所示。

a5c27d1ed21b0ef431770468dcc451da81cb3e6c.jpg

      其中平凸形和双凸形翼型的空气动力特性较好,制造和加工也较为方便,是现代低俗飞机广泛采用的翼型。对称形翼型,前缘比较尖,最大厚度位置靠后,阻力小,这种翼型常用于各种飞机的尾翼和某些高速飞机的机翼。层流形翼型,前缘较尖,最大厚度一般在50%~60%弦长位置,可推迟附面层转接,减小摩擦阻力,这种翼型常用于速度较高的飞机。圆弧形和菱形翼型常用在超声速飞机上,特点是前端很尖,相对厚度较小,即很薄;超声速飞行时阻力很小,但其低速飞行时的空气动力特性不好,使飞机起落性能变差。


3、飞机机翼的平面形状


      机翼平面形状是指从上往下看时机翼在平面上的投影形状,是决定飞机性能的重要因素早期的飞机,机翼平面形状大都为矩形,矩形机翼制造简单,但阻力较大。为了适应高速飞行的需要,解决阻力与飞行速度之间的矛盾,后来又制造出了梯形翼和椭圆翼。椭圆翼的阻カ(诱导阻力)最小,但因制造复杂,成本较高,只有少数飞机采用。梯形机翼结合了矩形翼和椭圆形机翼的优点,阻力较小,制造也简单,因而是目前活塞式发动机飞机用得最多的一种机翼,矩形翼、椭圆翼和梯形翼三种机翼统称为平直翼,随着喷气式飞机的出现,为适应高速飞行,出现了后掠翼、三角翼等机翼,并获得广泛应用,如图所示。

3f0fe1787d5c478523adf6f82d442a1.jpg


固定翼无人机升力的产生

1、迎角的基本概念

      翼弦与相对气流速度之间的夹角叫做迎角,用a表示。如图所示

c194837983dec6be54096f10c5482d6.jpg


     迎角不同,相对气流流过机翼时的情况就不同,产生的空气动力就不同,即迎角是飞机飞行中产生空气动力的重要参数。迎角有正负之分,相对气流方向与翼弦平面下表面的夹角为正迎角,相对气流方向与翼弦平面上表面的夹角为负迎角。飞机飞行时绝大多数时间内处于正迎角状态。飞机的飞行状态不同,迎角的正负、大小一般也不同。飞机机翼上产生的升力大小与翼型的形状和迎角有很大关系,机翼的迎角改变后,流线谱会改变,压力分布也随之改变,压力中心发生前后移动。相对气流方向与翼弦重合时,迎角为0°。迎角不同产生的升力也就不同。


2.升力的产生


     飞机上不仅机翼会产生升力,水平尾翼和机身也会产生升力。但是,同机翼上产生的升力相比,飞机其他部位产生的升力是微不足道的。因此,通常用机翼的升力来代表整个飞机能升力。

     当空气接近机翼前缘时,气流开始折转,一部分空气向上绕过机翼前缘流过机翼上表面另一部分空气则由机翼下表面通过。这两部分空气最终在机翼后缘的后方汇合,恢复到与机翼前方未受扰动的气流相同的均匀流动状态。在气流被机翼分割为上下两部分时,由于翼型上表面凸起较多而下表面凸起较少,加之机翼有一定的迎角,使流过机翼上表面的流管面积减小,流速增大;翼型下表面气流受阻而使流管面积增大,流速减小。由伯努利定理可知,机翼上表面的压力降低,机翼下表面的压力增大。这样上下翼面之间会产生压力差,从而产生翼型表面的空气动力,将表面各处的空气动力合成到一处就成了翼型的总空气动力R,R的方向向上并向后倾斜。根据它所起的作用,可将它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量就是机翼的升力,用L表示。升力通常起支撑飞机的作用,平行方向阻碍飞机前进的力叫阻力,用D表示。升力和阻力的作用点叫压力中心升力产生的示意图。如图所示

ba13e39af4093f05d592612b0900790.jpg