无人机飞行原理与气象环境

随着时代的发展,无人机因其具有便携、效率高等优点广泛应用于军事领域,同时也在民用领域,比如航拍、电力巡线、应急救援、物流快递和航空测绘等领域大放异彩。另外,无人机行业前景广阔,编写本书也是为了提高读者的无人机知识水平,能够掌握各类无人机的飞行性能。本书遵循以实用为主、够用为度、循序渐进的教学规律,系统地介绍了无人机飞行原理与气象环境相关知识。全书分为5章。第1章主要讲述了无人机与大气的相关知识;第2章主要讲述了固定翼无人机的飞行原理;第3章主要讲述了固定翼无人机的飞行性能;第4章主要讲述了旋翼无人机的飞行原理;第5章主要讲述了旋翼无人机的飞行性能。此外,本书借助“远洋云课堂”教学平台,提供了海量立体化教学素材,主要通过二维码的形式展现,其中部分素材引用于网络,并标有来源,若有漏标之处,请与远洋航空教材编写委员会联系(邮箱:ffzh_jy@126.com)。焚膏油以继晷,恒兀兀以穷年。本书是编写委员会成员所在的教学科研团队在无人机领域历年教学与科研实践工作的基础上,结合国内外相关文献总结编写而成的。编写分工如下:第1章、第2章由王旭编写,第3章由丁安琪编写,第4章、第5章由陈巧云编写。本书在编写过程中得到了编审委员会的指导,感谢远洋航空为了推动中国民用无人机产业、教育、服务的快速发展,精心组织编写委员会成员参与本书的编写工作;感谢各位编审委员会委员和专家百忙之中抽出时间,为本书提出指导意见和提供相关素材;感谢在编写过程中给予帮助的所有朋友。

在编写过程中,我们参阅、借鉴了大量的国内外资料、网络资源等,如有引用不当之处敬请谅解。由于写作水平与时间有限,书中如有不足之处,恳请广大读

者批评指正。

编 者

2020年6月

全书共分为5章,主要围绕无人机飞行原理和大气环境来阐述相关知识,包括无人机与大气环境、固定翼无人机飞行原理、固定翼无人机的飞行性能、旋翼无人机飞行原理、旋翼无人机的飞行性能。本书作者力求提高学生的无人机专业知识水平,使学生充分了解无人机的飞行原理,达到优化学生知识、能力和素养的目的。本书适用于高等职业院校和中等职业院校无人机应用技术及相关专业的学生,也可作为无人机从业者和教育培训机构的参考用书。

1.1 无人机结构基础 1

1.1.1 固定翼无人机气动结构基础1

1.1.2 多旋翼无人机气动结构基础 5

1.1.3 无人直升机气动结构基础6

1.2 大气飞行环境基础 8

1.2.1 大气组成及分层8

1.2.2 大气基本物理参数及与高度的关系10

1.2.3 大气基本物理性质11

1.3 大气环境对无人机飞行的影响12

知识点总结 14

思考题 15

第2章 固定翼无人机飞行原理 16

2.1 空气流场的基本概念16

2.1.1 空气的相对运动原理16

2.1.2 连续性定理18

2.1.3 伯努利定理19

2.1.4 伯努利定理的应用21

2.2 固定翼无人机飞行的基本原理22

2.2.1 固定翼无人机的机翼22

2.2.2 固定翼无人机的升力26

2.2.3 固定翼无人机的阻力31

知识点总结 36

思考题 37

第3章 固定翼无人机的飞行性能 38

3.1 无人机的重心、坐标轴和力矩38

3.1.1 无人机的重心38

3.1.2 无人机的机体坐标系39

3.1.3 力 矩40

3.2 固定翼无人机的平衡41

3.2.1 定 义41

3.2.2 俯仰平衡41

3.2.3 方向平衡42

2

3.2.4 横向平衡43

3.3 固定翼无人机的稳定性44

3.3.1 俯仰稳定性45

3.3.2 方向稳定性46

3.3.3 横向稳定性47

3.3.4 影响稳定性的因素49

3.4 固定翼无人机的操纵性50

3.4.1 俯仰操纵性50

3.4.2 横向操纵性51

3.4.3 方向操纵性51

3.4.4 影响操纵性的因素52

3.5 固定翼无人机的基本飞行性能53

3.5.1 平飞性能分析53

3.5.2 上升性能分析54

3.5.3 下滑性能分析55

3.6 固定翼无人机的起飞和着陆性能58

3.6.1 起飞性能分析58

3.6.2 着陆性能分析59

3.6.3 影响起飞、着陆的因素 60

知识点总结60

思考题61

第4章 旋翼无人机飞行原理62

4.1 螺旋桨62

4.1.1 螺旋桨的基本概念62

4.1.2 螺旋桨的结构62

4.1.3 螺旋桨的几何参数63

4.1.4 螺旋桨产生拉力和旋转阻力的原理64

4.1.5 影响螺旋桨拉力和旋转阻力的因素65

4.2 旋翼系统66

4.2.1 旋翼系统的基本结构66

4.2.2 旋翼桨毂结构67

4.2.3 旋翼与螺旋桨的区别68

4.3 旋翼无人机飞行原理69

4.3.1 旋翼产生拉力的原理69

4.3.2 旋翼的挥舞与摆振运动72

4.3.3 尾 桨74

4.4 多旋翼无人机飞行原理77

4.4.1 多旋翼无人机的布局77

4.4.2 多旋翼无人机的飞行原理78

无人机飞行原理与气象环境

3

知识点总结80

思考题 81

第5章 旋翼无人机的飞行性能82

5.1 旋翼无人机的机体轴系和所受外力82

5.1.1 旋翼无人机的机体轴系和作用力矩82

5.1.2 旋翼无人机的自动倾斜器和电动操纵系统83

5.1.3 旋翼无人机飞行中所受的外力84

5.2 旋翼无人机的平衡85

5.2.1 无人直升机的俯仰平衡85

5.2.2 无人直升机的方向平衡87

5.2.3 无人直升机的横向平衡88

5.3 旋翼无人机的安定性89

5.3.1 无人直升机在前飞中的安定性89

5.3.2 无人直升机在悬停中的安定性92

5.4 旋翼无人机的操纵性92

5.4.1 旋翼无人机操纵性的基本概念92

5.4.2 旋翼无人机的操纵方式93

5.5 旋翼无人机的起飞与着陆性能95

5.5.1 无人直升机的起飞95

5.5.2 无人直升机的着陆96

知识点总结 97

思考题98

参考文献99