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无人机技术基础

单元3无人机飞行原理

重点掌握空气动力学基础、飞行稳定性

难点掌握飞行运动方式和姿态

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3.1空气动力学基础

3.1.1大气层分层

随着大气层高度的变化，大气的温度、气体流动规律等参

数也相应改变，根据参数的特点，可以将大气层可分为了

五层：对流层、平流层、中间层、热层、散逸层（外大气

层）

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3.1空气动力学基础

3.1.1大气层分层对流层中集中了全部大气约75%的质量以及90%以上的水汽，是

天气变化最复杂的大气分层，对无人机的飞行影响最为强烈。

1.对流层

在对流层内，按气流和气象分布的特点，又分为下层、中层、

对流层是地球大气层中最低的一层，随着纬度的不同，高度上层、过渡层4个层次。

也不同，其下界与地面相接，上界高度随地理纬度和季节而

变化。通常情况下低纬度地区的高度为16～18km，中纬度

高度为10～12km，高纬度为8～9km。对流层中气温随高度

增加而降低，空气的对流运动极为明显，空气温度和湿度的

水平分布也很不均匀，在对流层空气的流动性非常大。

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3.1空气动力学基础

1.对流层

①对流层下层：又称扰动层或摩擦层。它的高度与地表性

质、季节等因素有关，自地面开始，顶部高度为1～2km。在

对流层的下层中，气流受地面摩擦作用很大，风速通常随高

度增加而增大。在对流层下层内，气温的日变化也极为明

显，昼夜温差可达10～40℃。

②对流层中层：它的底界即下层的层顶，上界高度约为

6km，这一层受地表的影响远小于摩擦层。大气中云和降水

现象大都发生在这一层内。这一层的上部，气压通常只有地

面的一半，在飞行时需要使用氧气。

③对流层上层：它的范围从6km高度伸展到对流层的顶部。

这一层的气温常年都在0℃以下，水汽含量很少。

④对流层过渡层：在对流层与平流层之间，还有一层厚度数

百米到2km的过渡层。对垂直气流有很大的阻挡作用。上升

的水汽、尘粒等多聚集在其下，能见度往往较差。

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3.1空气动力学基础

2．平流层

平流层位于对流层顶之上，顶界伸展到50～55km，在中间

层之下。在平流层内，随着高度的增加气温最初保持不变

或微有上升，到25～30km以上气温升高较快，到了平流层

顶气温约升至-3℃。

平流层的这种气温分布特征同它受地面影响小和大气中的

臭氧（臭氧能直接吸收太阳辐射）有关。平流层的下部也

称为同温层。

在平流层中，空气的垂直运动远比对流层弱，水汽和尘粒

含量也较少，因而气流比较平缓，能见度较佳。对于飞行

来说，平流层中气流平稳、空气阻力小，这是有利的一

面；但因平流层空气稀薄，飞行的稳定性和操纵性恶化，

这是不利的一面。高性能的军用无人机都能在平流层中飞

行。随着航空器飞行上限的日益增高和航空军事技术的发

展，对平流层的研究越来越多、越来越深入。

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3.1空气动力学基础

3.1.2标准大气和气象要素

3．中间层

中间层从平流层顶伸展到80km高度。这一层的特点

是：气温随高度增加而下降，空气有相当强烈的垂直

运动。在这一层的顶部气温可低至-113～-143-3℃。

4．热层

热层的范围是从中间层顶伸展到约800km高