DAY2无人机空气动力学基础

3.2无人机空气动力学

3.2.1力学基础牛顿第一定律：孤立质点保持静止或匀速直线运动；牛顿第二定律：物体因受力作用而产生加速度；牛顿第三定律：相互作用的两个质点之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反

升力重力拉力阻力LiftPullWeightDrag

升力垂直于飞行速度方向，它将飞机支托在空中，克服飞机受到的重力影响，使其自由翱翔。

空气动力是空气相对于飞机运动时产生的，要学习和研究飞机的升力和阻力，首先要研究空气流动的基本规律。3.2.2空气流动的描述流体模型化理想流体，不考虑流体粘性的影响。不可压流体，不考虑流体密度的变化，Ma<0.4。绝热流体，不考虑流体温度的变化，Ma<0.4。飞机的相对气流方向与飞行速度方向相反只要相对气流速度相同，飞机产生的空气动力就相同。对相对气流的现实应用直流式风洞回流式风洞风洞实验段及实验模型风洞的其它功用迎角迎角就是相对气流方向与翼弦之间的夹角。相对气流方向就是飞机速度的反方向相对气流方向是判断迎角大小的依据

平飞中，可以通过机头高低判断迎角大小。而其他飞行状态中，则不可以采用这种判断方式。水平飞行、上升、下降时的迎角上升平飞下降流线和流线谱空气流动的情形一般用流线、流管和流线谱来描述。流线：流场中一条空间曲线，在该曲线上流体微团的速度与曲线在该点的切线重合。对于定常流，流线是流体微团流动的路线。流管：由许多流线所围成的管状曲面。流线和流线谱流线谱是所有流线的集合。流线和流线谱的实例流线和流线谱的实例3.2.3连续性定理

流体流过流管时，在同一时间流过流管任意截面的流体质量相等。质量守恒定律是连续性定理的基础。连续性定理12A1,v1A2,v2单位时间内流过截面1的流体体积为单位时间内流过截面1的流体质量为同理，单位时间内流过截面2的流体质量为则根据质量守恒定律可得：即结论：空气流过一流管时，流速大小与截面积成反比。山谷里的风通常比平原大河水在河道窄的地方流得快，河道宽的地方流得慢日常的生活中的连续性定理高楼大厦之间的对流通常比空旷地带大3.2.4伯努利定理

同一流管的任意截面上，流体的静压与动压之和保持不变。能量守恒定律是伯努力定理的基础。伯努利定理

空气能量主要有四种：动能、压力能、热能、重力势能。低速流动，热能可忽略不计；空气密度小，重力势能可忽略不计。

因此，沿流管任意截面能量守恒，即为：动能+压力能=常值。公式表述为：

上式中第一项称为动压，第二项称为静压，第三项称为总压。伯努利定理—动压，单位体积空气所具有的动能。这是一种附加的压力，是空气在流动中受阻，流速降低时产生的压力。—静压，单位体积空气所具有的压力能。在静止的空气中，静压等于当时当地的大气压。—总压（全压），它是动压和静压之和。总压可以理解为，气流速度减小到零之点的静压。深入理解动压、静压和总压同一流线：总压保持不变。动压越大，静压越小。流速为零的静压即为总压。同一流管：截面积大，流速小，压力大。截面积小，流速大，压力小。深入理解动压、静压和总压3.2.5升力升力的产生原理起点终点

相同的时间，相同的起点和终点，小狗的速度和人的速度哪一个更快？升力的产生原理飞行原理/CAFUC前方来流被机翼分为了两部分，一部分从上表面流过，一部分从下表面流过。由连续性定理或小狗与人速度对比分析可知，流过机翼上表面的气流，比流过下表面的气流的速度更快。飞行原理/CAFUCP1v1P2v2升力的产生原理飞行原理/CAFUC

上下表面出现的压力差，在垂直于（远前方）相对气流方向的分量，就是升力。机翼升力的着力点，称为压力中心(CenterofPressure)飞行原理/CAFUC压力中心的移动

非对称翼型，在迎角小于临界迎角的范围内，迎角增大，压力中心前移。迎角大于临界迎角时，迎角增大，压力中心后移。第二章第页33

翼型的压力分布飞行原理/CAFUC当机翼表面压强低于大气压，称为吸力。当机翼表面压强高于大气压，称为压力。

用矢量来表示压力或吸力，矢量线段长度为力的大小，方向为力的方向。矢量表示法驻点和最低压力点飞行原理/CAFUC

B点，称为最低压力点，是机翼上表面负压最大的点。

A点，称为驻点，是正压最大的点，位于机翼前缘附近，该处气流流速为零。坐标表示法飞行原理/CAFUC

从右图可以看出，机翼升力的产生主要是靠机翼上表面吸力的作用，尤其是上表面的前段，而不是主要靠下表面正压的作用。升力公式飞行原理/CAFUC—飞机的升力系数—飞机的飞行动压—机翼的面积。升力公式的物理意义飞行原理/CAFUC飞机的升力与升力系数、来流动压和机翼面积成正比。

升力系数综合的表达了机翼形状、迎角等对飞机升力的影响。

飞机的姿态控制第一章第页39偏航控制滚转控制俯仰控制飞行操纵系统的