第三章飞行原理与飞行性能

飞行原理与飞行性能国际标准大气空气是无数独立的粒子组成。干燥的空气比潮湿的空气更加稠密。空气密度会对升力照成影响。海平面附近常温常压下空气的密度1.225kg/m³作为一个标准值。无人机空气动力学基础速度与加速度速度单位：米/秒一个具有很大质量的物体需要用更大的力去打破的平衡才能达到给定的加速度，而小质量的物体所需的力则小。第一定律说明了力的含义：力是改变物体运动状态的原因；第二定律指出了力的作用效果：力使物体获得加速度；第三定律揭示出力的本质：力是物体间的相互作用.牛顿三大运动定律任何不平衡的力都会产生加速度。在水平飞行中，垂直向下的重力由一个垂直向上的反作用力平衡着。牛顿第三运动定律表明作用力和反作用力是大小相等方向相反的。力的平衡如果一个物体处于平衡状态，那么它就有保持这种平衡状态的趋势。升力重力伯努利定律丹尼尔·伯努利在1726年提出，其实质是流体的机械能守恒。对于管道类和轮船周围的流动来说，它是一个最基础的理论，同样适用与空气动力学和飞行。一个平滑流动或流线型流动里面的空气微团接近一个低压区时会加速，接近高压区时会减速。通过一个收缩管道的流体，在管道的收缩区，速度的增加必然造成收缩区压力必然减小。伯努利方程P+1/2ρv2=常数流动气体的基本规律机翼的几何形状机翼翼型及其参数翼型：机翼的横剖面形状。翼型厚度：指上下翼面在垂直于翼弦方距离，其中最大者成为最大厚度。中弧线：翼型厚度中点的连线。翼弦：翼型前缘点与后缘点间的连线。水平飞行：飞行器总升力等于总重力。机翼的几何形状机翼平面形状参数翼展：机翼翼尖两端点之间的距离，也叫展长，以“L”表示。根梢比：翼根弦长和翼梢弦长的比值。展弦比：展长和平均气动力弦长之比。后掠角：机翼与机身轴线垂线之间的夹角，以χ来表示。上反角或下反角：飞机处于水平状态时，机翼与水平面的夹角。机翼向上为上反角，向下为下反角。机翼平面形状参数机翼迎角：翼弦和相对来流之间的夹角。机翼面积的影响相对速度的影响空气密度的影响影响飞机升力的因素机翼剖面形状和迎角的影响升力升力的来源驻点：机翼上压力最高的点也就是驻点，是空气与前缘相遇的地方。迎角为零，完全对称的机翼上，从驻点开始，流经上下表面的气流速度是相同的，压力变化也完全相同，所以这种状态的机翼不会产生升力。如果机翼迎角产生，驻点就会向前缘的下表面移动，流经上下表面的空气流动情况发生改变，上表面空气多走一段距离，下表面最高速度小于上表面最高速度，机翼下表面压力比上表面压力大，升力由此产生。升力系数有一个非常明确的极限值，如果迎角太大或是弯度增加太多的话，流线就会从机翼上分离，分离剧烈的改变了上下表面的压力差，升力被大幅度降低，机翼处于失速状态。作用在飞机上的空气动力通常，机翼翼型的上表面凸起较多而下表面比较平直，再加上有一定的迎角。这样，从前缘到后缘，上翼面的气流流速就比下翼面的流速快；上翼面的静压也就比下翼面的静压低，上下翼面间形成压力差，此静压差称为作用在机翼上的空气动力。空气动力合力在垂直于气流速度方向上的分量就是机翼的升力。作用在飞机上的空气动力失速升阻比影响阻力的因素：1、飞行速度2、空气密度3、气动外形及其尺度低速升阻比大高速升阻比小阻力按阻力产生的原因，飞机飞行时的阻力一般可分为：摩擦阻力压差阻力诱导阻力干扰阻力增加升力的办法就是改变配平或使用不同的机翼翼型。影响摩擦阻力的因素飞机表面的形状（主要是光滑程度）同气流接触的飞机表面积的大小（浸润面积）压差阻力运动着的物体前后由于压力差而形成的阻力叫做压差阻力。诱导阻力诱导阻力是翼面所独有的一种阻力，它是伴随着升力的产生而产生的，因此可以说它是为了产生升力而付出的一种“代价”。干扰阻力干扰阻力就是飞机各部分之间由于气流相互干扰而产生的一种额外的阻力。升力：失速失速因为迎角过大，机翼上表面的气流不能维持平滑的流动，气流一绕过前缘很快就开始分离，产生流向不定的杂乱无章的流动。这种流动状态使机翼上表面的压力加大，升力也就很快下降了。这种现象叫做“失速”。失速只要机翼产生的升力足够抵消飞行器的总载荷，飞机就会一直飞行，当升力急剧下降时，飞机就会失速。记住，每次失速的直接原因是迎角过大，有很多飞行机动会增加飞机的迎角，但是直到迎角过大之前飞机都不会失速。根据飞机设计，临界迎角可以从16°到20°变化，但是每个飞机都只有一个特定的发生失速的迎角，在三种情况下会超过临界迎角：低速飞行，高速飞行，转弯飞行。（三种情况分析）展弦比飞机空气动力学专用名词，是翼展长度与平均气动弦长的比值。大展弦比表明机翼比较长且窄，小展弦比则表明机翼比较短且宽。展弦比的设计同时关系到飞行器的性能，小展弦比的机翼型阻较小，适合高速无人机，大展弦比的机翼适合用于长航时无人机。地面效应地面效应也称为翼地效应或翼面效应，是一种使飞行器诱导阻力减小，同时能获得比空中飞行更高升阻比的流体力学效应。固定翼当离地距离小于半翼展时升力将大增，地效明显。里海怪物机动飞行中的空气动力转弯受力当飞机倾斜时，升力作用方向是朝转弯的中心且是向上的。竖直作用的分力和重力成对，称为垂直升力分量，另一个是水平分力指向转弯中心，称为水平升力分量，或叫向心力。爬升受力实际飞行中，处于稳定的正常爬升状态的机翼升力和相同空速时平直飞行的升力是一样的。爬升的航迹很陡峭，那么可用功率将不足，空速较低。下降受力飞机头向下倾斜时，迎角降低，机翼升力降低。当航迹稳定下来是，机翼迎角再次获得原来大小，升力和重力再次平衡。为使下降的空速和平飞是相同，功率必然降低。为保持空速和巡航时一样，下降时要求降低的功率大小同过下降坡度来确定。飞机的飞行性能滑翔滑翔状态，此时发动机处于小油门状态，或怠速甚至关机。俯冲俯冲状态，飞行轨迹垂直向下，唯一的反作用力就是阻力。爬升在爬升状态中，总的支持力是机翼的升力和发动机推力的合力。固定翼的垂直爬升飞机的稳定性：飞机的稳定性是飞机设计中衡量飞行品质的一个重要参数。如果飞机受到扰动之后，在驾驶员不进行任何操纵的情况下能够回到受扰动前的原始状态，则称飞机是稳定的，反之则称飞机是不稳定的。飞机的稳定包括纵向稳定、方向稳定和横向稳定。飞机的稳定性和操纵性气动焦点焦点是机翼迎角发生变化时，在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作用点称为焦点。焦点的位置是决定飞机稳定性的重要参数。焦点位于飞机重心之前则飞机是不稳定的,焦点位于飞机重心之后则飞机是稳定的。稳定性飞机的纵向稳定性飞机绕横轴（x轴）的稳定叫纵向稳定，它反映了飞机的俯仰稳定特性。飞机主要靠水平尾翼来保证纵向稳定，而飞机的重心位置对飞机的纵向稳定有很大影响。飞机的航向稳定性飞机绕立轴（z轴）的稳定叫方向稳定，也叫航向稳定。飞机主要靠垂直尾翼来保证其方向稳定。航向稳定力矩是在侧滑中产生的。飞机的横向稳定性飞机绕纵轴（y轴）的稳定叫横向稳定，它反映了飞机的滚转稳定特性。保证飞机横向稳定的主要因素有机翼上反角、机翼后掠角和垂直尾翼。荷兰滚可以看出，飞机的横向稳定和航向稳定是紧密联系且相互影响的，因此通常合称为“横侧稳定”。飞机的横向稳定和航向稳定必须很好匹配。如若匹配不当，飞机将有可能出现“螺旋不稳定”或“荷兰滚”现象。发射方式1手抛发射2零长发射3弹射式发射4起落架滑跑起飞5母机携带、空中发射6容器式发射装置发射7垂直起飞无人机发射回收方式回收方式：1伞降回收2空中回收3起落架滑跑着陆4拦阻网或天钩回收5气垫着陆6垂直着陆回收