无人机空气动力学与飞行原理课件_无人机空气动力学与飞行原理课件4.pptxVIP

无人飞机重心无人飞机的重量是由机翼、机身、尾翼、发动机、燃料和起落架、机内设备等各部件的重量组成的。各部件重力的合力作用点称为重心。无人飞机重力作用点所在的位置，叫作重心位置。大型无人飞机设计时都会按常规方法根据各部件重量及位置计算出重心位置。而微小型无人飞机则可直接测定，方法有以下几种：1）直接测量法2）吊线法3）称重法

平均空气动力弦机翼的空气动力可以认为是作用在压力中心上。机翼压力中心和无人飞机重心的距离直接关系到无人飞机的俯仰平衡。平均气动弦长指虚拟的与该机翼面积相等，在同一迎角下有相同空气动力合力和压力中心位置的矩形机翼的弦长，沿机身向后为正。即平均空气动力弦就是一个假想的矩形机翼的翼弦，这个假想的矩形机翼的面积、空气动力和俯仰力矩等特性都与原机翼相同。

无人飞机的坐标轴研究飞机的平衡、稳定性和操纵性原理的时候，为了描述无人飞机的空同位置、运动轨迹、气动力和力矩等向量，需要采用相应的坐标系。常用的坐标系有地面坐标轴系、机体坐标轴系、气流坐标轴系和航迹坐标轴系等。这些坐标系都是三维正交右手系。为了方便研究问题，一般选用机体坐标轴系来研究无人飞机的运动规律。

作用在无人飞机上的力矩（1）俯仰力矩：俯仰力矩也称为纵向力矩，它的作用是使无人飞机绕横轴做抬头或低头的转动（称为俯仰运动）。升降舵向上偏转，将引起正的俯仰力矩，使无人飞机抬头；升降舵向下偏转，将引起负的俯仰力矩，使无人飞机低头。（2）偏航力矩：偏航力矩的作用是使无人飞机绕立轴做旋转运动。方向舵向左偏，将引起正的偏航力矩，使无人飞机向左偏转；方向舵向右偏，将引起负的偏航力矩，使无人飞机向右偏转。（3）滚转力矩：滚转力矩也称倾斜力矩，它的作用是使无人飞机绕纵轴做滚转运动。副翼的偏转，改变了左右机翼上的升力，从而产生无人飞机绕纵轴转动的滚转力矩。由于副翼偏转角的正向定义（右副翼向下偏转，左副翼向上偏转）的缘故，副翼的正偏转角将引起负的滚转力矩，使无人飞机向左滚转。

无人飞机的俯仰平衡当无人飞机作等速直线运动，没有绕横轴（Z轴）转动时无人飞机就处于俯仰平衡状态。无人飞机处于俯仰平衡状态时，作用于无人飞机的各俯仰力矩之和为零，无人飞机迎角保持不变。无人飞机俯仰平衡状态有：（1）机翼升力正好在重心上。（2）机翼升力在重心前面，这时水平尾翼要产生升力来平衡机翼升力对重心的力矩。（3）机翼升力在重心的后面，这时水平尾翼产生负升力无人飞机可以把重心放得很靠后，以充分利用水平尾翼的升力，也可以使重心在平均气动弦长的35%以前，平飞时机翼升力与无人飞机重心位置很接近。

无人飞机的方向平衡和横向平衡1．无人飞机方向平衡当无人飞机作等速直线运动，没有绕竖轴（Y轴）转动时无人飞机就处于方向（航向）平衡状态。无人飞机处于方向平衡状态时，作用于无人飞机的各偏转力矩之和为0，无人飞机航向保持不变。2．无人飞机横向平衡当无人飞机作等速直线运动，没有绕纵轴（X轴）转动时无人飞机就处于方横向平衡状态。无人飞机处于横方向平衡状态时，作用于无人飞机的各滾转力矩之和为0，无人飞机不绕纵轴滾转，飞行姿态坡度保持不变。

无人飞机方向平衡与横向平衡关系无人飞机的横向平衡和方向平衡之间有着密切的联系。横向平衡如受到破坏，必然会引起方向平衡的破坏，反之亦然。因此这两种平衡不能截然分开，把横向平衡和方向平衡综合起来考虑时称为横侧平衡。实际的调整方法有下列几种：使翼尖部分有扭角（外翼区翼型角度与翼根的不同）、斜装机翼、斜拉力线等。当无人飞机能够进行稳定的盘旋上升时，可以说已经达到横向和方向平衡。

物体稳定状态的类型（1）稳定状态。图(a)所示的圆球，在扰动取消后，其在弧形槽中经过若干次来回摆动，最后自动地恢复到原来的平衡位置，这种情况称为稳定状态。（2）不稳定状态。图(b)所示的圆球，在扰动取消后，其沿弧形坡道滚下，离原来的平衡位置越来越远，不能自动地恢复到原来的平衡位置，这种情况称为不稳定状态。（3）中立稳定状态。图(c)所示的圆球，在扰动取消后，就停在扰动消失时的位置，既不继续偏离原来的平衡位置，也不自动地恢复到原来的平衡位置，这种情况称为随遇稳定或中立稳定状态。

稳定力矩和阻尼力矩欲使处于平衡状态的物体具有稳定性，其必要条件是物体在受到扰动后能够产生稳定力矩，使物体具有自动恢复到原来平衡状态的趋势；其次是在恢复过程中同时产生阻尼力矩，保证物体最终恢复到愿来平衡状