《无人机驾驶基础》课件-项目三 无人机飞行原理

《无人机飞行原理》项目三

无人机飞行原理无人机驾驶基础无人机驾驶基础1.1空气动力学基础1.2无人机飞行性能1.3飞机的稳定性与操作第一节

无人机飞行原理大气环境1.1

空气动力学基础飞行环境空间环境是航空器唯一飞行环境，飞行原理是借助空气产生的升力来平衡地球引力，借助发动机推力平衡空气阻力。是航天器主要飞行环境，飞行原理是借助惯性离心力平衡地球引力，前行阻力极小，借助惯性向前运动。无人机驾驶基础无人机驾驶基础1.1.1

低速流动气体基本规律——连续性定理和伯努利方程连续性定理：当流体低速、稳定、连续不断地流动时，在流管中的任意一部分流体都不能中断或积聚，因此在同一时间内，流进流管任何一个截面的流体质量和从该流管另一个截面流出的流体质量应当相等。如果在流动过程中,流体密度不变，单位时间内流过任何截面的流体质量都是相等的，故ρvS=常数。ρ1v1S1=ρ2v2S2无人机驾驶基础1.1.1

低速流动气体基本规律——连续性定理和伯努利方程伯努利定理是能量守恒定律在空气动力学中的具体应用。连续性定理和伯努利定理说明了流管截面积S、气体速度V和压力P这三者之间的关系：同连续性定理一样，伯努利定理的应用也是有条件的，它只适应于低速，即认为密度不变，不适应于高速。低速定常流动的流体:

流过的截面积大的地方，速度小，压强大；流过的截面积小的地方，流速大，压强小。这一结论是解释机翼上空气动力产生的根据。P表示压力，密度ρ是常数，压力和速度为变量：高速低压或低速高压。无人机驾驶基础1.1.2

高速流动气体特性因为空气流过飞机的速度发生了变化，引起作用于飞机的空气密度和压力发生变化，才使得空气动力发生变化。影响飞机升力的因素：机翼的面积、相对速度、空气密度、机翼剖面形状和迎角无人机驾驶基础1.2无人机飞行性能无人机驾驶基础飞机在空中飞行，可以产生俯仰运动、偏航运动和滚转运动。飞机产生俯仰、偏航和滚转运动，绕横轴OZ的运动为俯仰运动，绕立轴OY的运动为偏航运动，绕纵轴OX的运动为滚转运动。1.2无人机飞行性能无人机驾驶基础多旋翼在空中飞行，通过遥控器操作可以完成垂直运动、俯仰运动、横滚运动和偏航运动。遥控器美国手机头朝向1.2无人机飞行性能无人机驾驶基础遥控器美国手遥控器上油门摇杆用于控制飞行器垂直升降运动。

往上推杆：升力大于重力，无人机升高；

往下拉杆：升力小于重力，无人机下降；

油门遥摇杆中位：升力等于重力，无人机高度保持不变。油门摇杆1.2无人机飞行性能无人机驾驶基础遥控器美国手遥控器上升降舵摇杆用于控制飞行器前后飞行，即俯仰运动。

往上推杆：前方旋翼减速旋转，后方加速旋转，无人机向前倾斜，并向前飞行；

往下拉杆：后方旋翼减速旋转，前方加速旋转，无人机向后倾斜，并向后飞行；

升降舵中位时：无人机前后方向保持水平。升降舵1.2无人机飞行性能无人机驾驶基础遥控器美国手

遥控器上横滚摇杆（副翼）用于控制飞行器左右飞行，即横滚运动。往左打杆：左侧翼减速旋转，右侧加速旋转，无人机向左飞行；往右打杆：右侧翼减速旋转，左侧加速旋转，无人机向右飞行；副翼遥感中位时：无人机左右方向保持水平。副翼1.2无人机飞行性能无人机驾驶基础遥控器美国手

遥控器上偏航摇杆（方向舵）用于控制飞行器航向，即偏航运动。

往左打杆：顺时针桨叶加速旋转，飞行器逆时针旋转；

往右打杆：逆时针桨叶加速旋转，飞行器顺时针旋转；

中位时：旋转角速度为零，无人机不旋转。方向舵飞机的稳定性是飞机设计中衡量飞机品质的一个重要参数，如果飞机收到扰动后，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，反之飞机是不稳定的。1.3飞机的稳定性与操纵

飞机的稳定包括纵向稳定、航向稳定和横向稳定。横轴立轴纵轴无人机驾驶基础1.3.1飞机的纵向稳定性飞机主要靠水平尾翼和机翼来保证飞机的纵向稳定性，而飞机的重心位置对飞机的纵向稳定性有很大影响。

当飞机的迎角发生变化，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飞机的焦点。飞机的纵向稳定性主要取决于飞机重心的位置，只有当飞机的重心位于焦点前面时，飞机才是纵向稳定的；如果飞机的重心位于焦点之后，飞机则是纵向不稳定的。重心前移可以增加飞机和纵向静稳定性。无人机驾驶基础1.3.2

飞机的航向稳定性

飞机主要靠垂直尾翼的作用来保证航向稳定性。航向稳定力矩是在侧滑中产生的。飞机侧滑是一种既向前又向侧方的运动。飞机发生偏航后，气流和垂直尾翼之间有个夹角，使垂直尾翼上产生附加侧向力，相对于重心形成方向稳定力矩。无人机驾驶基础1.3.3飞机的横向稳定性

飞机自动恢复原来横侧向平衡状态的滚转力矩，主要是由机翼上反角、机翼后掠角和垂直尾翼的作用产生的。在飞机平飞过程中，当一阵风吹高层次飞机的左翼上，使飞机的左翼抬起，右翼下沉，飞机受扰动而产生向右的倾斜，使飞机沿着合力的方向沿右下方产生侧滑。此时，空气从右前方吹来，因上反角的作用，右翼有效迎角增大升力也增大；左翼则相反，有效迎角和升力都减小。左右机翼升力之差形成的滚转力矩，力图减小或消除倾斜，进而消除侧滑，使飞机具有自动恢复横向平衡状态的趋势。无人机驾驶基础1.3.4飞机的操纵性飞机的操纵性是指驾驶员通过飞机的操纵机构改变飞机飞行状态。飞机的操纵主要通过升降舵、方向舵和副翼来实现。通过推拉驾驶杆，使飞机向上或向下运动；通过左压或右压副翼，使飞机向左或向右滚转（倾斜）；通过左右打方向舵，使飞机向左或向右偏航。无人机驾驶基础无人机驾驶基础飞行模拟器模拟飞行训练训练内容熟悉模拟器的安装调试，掌握无人机模拟飞行操控遥控器操作、起飞降落训练、水平面内圆形航线和八字航线训练第二节

无人机模拟飞行2.1

飞行模拟软件的安装、调试与使用（1）了解模拟器的种类和各自的特点。（2）学习PhoenixRC模拟器的安装和使用。（3）养成良好的操控飞机的手势站姿，安全意识等。（4）通过模拟器的训练，熟练掌握旋翼无人机的操控方式。（5）养成良好的方位感以及快速的反应能力。无人机驾驶基础无人机驾驶基础2.2

飞行模拟训练1、初级起降操作训练（1）起飞训练（2）降落训练（3）水平移动训练（4）方向控制训练2、中级起降操作训练（1）水平内圆形航线训练（2）水平八字航线训练3、高级起降操作训练（1）应急起降训练无人机驾驶基础2.2

飞行模拟训练---初级起降操作训练（1）起飞训练

保持机头指向与自己视野方向一致，机头方向指示LED(如果安装)亮起;

按照预先设定的规则解锁飞控，缓推油门直到多旋翼开始离地，离地时由于地面摩擦或者侧风会导致多旋翼初始会有偏斜，注意根据偏斜的方向进行修正;

待飞机飞到3米高度时调整，保持多旋翼悬停，完成起飞。(练习时每次起飞请均按起飞训练步骤操作，如无说明，每次训练以起飞训练结束的姿态开始)。无人机驾驶基础2.2

飞行模拟训练---初级起降操作训练（2）降落训练

保持多旋翼自动悬停，机头指向与操纵者视野方向一致:缓慢收低油门，当多旋翼缓慢下降时保持油门杆位不动，下降时就不要再过分收油门，确保多旋翼保持缓慢且匀速下降，如果有其他因素导致多旋翼下降过程中偏斜应提前进行调整，同时也要略微增加油门以补偿调整姿态而消耗的升力分量，等待多旋翼降落;多旋翼落地后迅速把油门杆拉到底，等待电机停转，完成降落。无人机驾驶基础2.2

飞行模拟训练---初级起降操作训练（3）水平移动训练

起飞保持稳定高度悬停，机头指向与操纵者视野方向相同；缓慢操纵副翼操纵杆，练习移动多旋翼分别向左和向右缓慢地水平移动位置，注意在平移时要根据多旋翼情况适当的增加油门以补偿升力的分量损失，确保多旋翼的高度不变；再操纵升降舵操纵杆，练习移动多旋翼分别向前和向后缓慢地水平移动位置，注意在平移时要根据多旋翼情况适当的增加油门以补偿升力的分量损失，确保多旋翼的高度不变；最后，将多旋翼移动到起飞点上空，完成水平移动训练。无人机驾驶基础2.2

飞行模拟训练---初级起降操作训练（4）方向控制训练起飞保持稳定高度悬停，机头指向与操纵者视野方向相同，缓慢操纵方向控制杆，练习旋转多旋翼方向，沿逆时针方向缓慢旋转一圈或者以上，停止时保证机头指向与操纵者视野方向相同；缓慢操纵方向控制杆，练习旋转多旋翼方向，沿顺时针方向缓慢旋转一圈或者以上，停止时保证机头指向与操纵者视野方向相同;确保多旋翼旋转时略微调整油门补偿升力损失导致的高度变化;最后把多旋翼移动到起飞点上空，完成方向控制训练。无人机驾驶基础2.2

飞行模拟训练---中级起降操作训练（1）水平内圆形航线训练（逆时针）训练中需要标志点A、B、C、D,分别与起始悬停点等距摆放，四点成水平圆形航线。起飞，保持在A点上空3米高度悬停，机头指向与操纵者视野方向相同；操纵升降舵操纵杆和方向舵操纵杆，练习移动多旋翼分别按照圆形轨迹逆时针依次水平移动到标记点B、C、D.A位置，注意在平移时要根据飞机情况适当的增加油门以补偿升力的分量损失，确保多旋翼的高度不变，平移过程中要逐渐调整多旋翼确保航向机头指向(航向)与飞行轨迹(航迹)保持一致，最后到达圆周起始点A后保持悬停。无人机驾驶基础2.2

飞行模拟训练---中级起降操作训练（2）水平八字航线训练训练中需要标志点A、B、C、D、E、F、G,其中标记点A、B、C、D构成一个左边圆，标记点A、E、F、G构成一个右边圆，两圆等大，在A点相切。起飞，保持A点上空3米高度悬停，机头指向与操纵者视野方向相同；操纵升降舵操纵杆和方向舵操纵杆，移动多旋翼分别按照圆形轨迹逆时针依次水平移动到标记点B、C、D、A位置，到达圆周起始点A后操纵确保多旋翼机头方向与操纵者视野方向相同，再操纵升降舵操纵杆和方向舵操纵杆，移动多旋翼分别按照圆形轨迹顺时针依次水平移动到标记点E、F、G、A位置，再次到达圆周起始点A后降落，在整个平移时要根据飞机情况适当的增加油门以补偿升力的分量损失，确保多旋翼的高度不变，平移过程中要逐渐调整多旋翼确保航向与航迹保持一致。无人机驾驶基础2.2

飞行模拟训练---高级起降操作训练应急起降训练

将多旋翼悬停在距操纵者25米范围内，高度超过20米，拨动一键返航开关，确保多旋翼首先稳定姿态缓慢下降到20米高度，然后能自动着陆在初始起飞点。3.1

无人机起降操控3.2无人机飞行操控3.3日常维护和保养第三节

无人机操控无人机驾驶基础起飞前检查3.1

无人机起降操控起降操控降落后检查出于安全因素考虑，起飞前要对无人机进行：环境、机身、数据传输链路等方面的检查。保持设备完好、断电、电气设备及线路、通讯链路及飞控。无人机驾驶基础无人机驾驶基础1、固定翼无人机起飞

固定翼无人机的起飞方式因机身重量、尺寸以及载荷不同等因素可选择使用手持抛射起飞、弹射器发射起飞、滑行起飞、垂直起飞等。

由于固定翼无人机是通过相对风的速度产生升力，逆风起飞可以增大相对速度从而提高升力，减少滑跑距离。所以固定翼无人机起飞时应通过风向标判断风向与风力，逆风起飞。2、旋翼无人机起飞多旋翼无人机的操作方式大体可分为手动与全自动两大类，其中比率控制、增稳模式、悬停模式都是飞手可以参与操控的手动模式；全自动模式则由飞控完全控制。3.1.1无人机起飞无人机驾驶基础1、通过遥控器解锁无人机，各旋翼开始怠速旋转。2、轻推油门使多旋翼无人机离地，悬停模式下油门通道控制多旋翼无人机的高度变化而非直接控制电机转速，将油门居中则保持当前高度，油门高于中位无人机上升，上升速度与油门偏离中位的幅度正相关；反之为下降控制。3、目视多旋翼无人机，即将到达指定高度前缓慢减小油门直至中位，由于气压计的作用，当油门回中后，多旋翼无人机会锁定当前高度不会出现掉高的情况。4、向左、右打方向舵能控制多旋翼无人机进行逆、顺时针旋转。5、推、拉升降舵能控制多旋翼无人机进行水平前进、后退动作。6、打左、右副翼可以控制无人机进行左、右平移动作。7、由于GPS定位功能，多旋翼无人机会自动对偏移进行修正，无需考虑无人机受到气流影响而造成的飘移动（无人机可接受范围内）。3.1.2多旋翼无人机手动起飞的具体步骤无人机驾驶基础3.1.3旋翼无人机降落1、手动降落步骤1操控遥控器使多旋翼无人机到达降落位置上方。步骤2拉动作杆低于油门中位开始下降，下降速度先快后慢，油门逐渐回中。步骤3在接近地面时先将下降速度减至0，再轻拉油门平稳落地，过程要柔和，避免直接砸向地面。2、自动降落在地面站选择返航功能，无人机将飞至事先设置的返航高度，这样能避免与较高的建筑物发生碰撞，接着无人机飞往返航点。3.1.4旋翼无人机降落后检查（1）断电降落后应当先断开动力电池与无人机的连接，切忌先关遥控器，以免无人机失控。（2）电气设备及线路检查步骤与固定翼无人机相同，不再赘述。（3）机身观察螺旋桨表面是否光泽，有无裂痕；检查机身各紧固件是否有松动的迹象；清理机身上的灰尘；拆下搭载设备与机身分开收纳。（4）通信链路检查步骤与固定翼无人机相同，不再赘述。（5）飞控检查步骤与固定翼无人机相同，不再赘述无人机驾驶基础总结一、旋翼无人机起飞练习接通电源。远离无人机，解锁飞控，缓慢推动油门等待无人机起飞，这就是起飞的操作步骤。其中推动油门一定要缓慢，即使已经推动一点距离，电机还没有启动也要慢慢来。这样可以防止由于油门过大而无法控制飞行器。推油门越多，上升速度越大。二、旋翼无人机降落练习降落时：降低油门，使飞行器缓慢的接近地面；离地面约5-10厘米处稍稍推动油门，降低下降速度；然后再次降低油门直至无人机触地（触地后不得推动油门）；油门降到最低，锁定飞控。相对于起飞来说，降落是一个更为复杂的过程，需要反复练习。下降时，螺旋桨的转速会降低，无人机会因为缺乏升力开始降低高度。在开始练习下降操作前，确保无人机已经达到了足够的高度，在飞行器已经稳定悬停时，开始缓慢的下拉油门。在起飞和降落的操作中还需要注意保证无人机的稳定，飞行器