《无人机飞行原理》教案 项目2 固定翼无人机飞行原理3

课时教学教案课程:无人机飞行原理任课教师:XXX授课题目固定翼无人机的阻力教学形式双师共2课时，总第11—12课时授课班级授课日期教学目的1、阻力分类及低速附面层2、摩擦阻力、干扰阻力、压差阻力、诱导阻力产生的原因。3、影响阻力的因素及如何减小。4、具有利用网络等资源，进一步获取新知识的能力。重点1、各种阻力产生的原因。2、减小阻力的方法。难点1、对阻力有深入认知。2、减小阻力的有效方法。课堂结构及时间分配复习引入………………..……（5分钟）教学内容固定翼无人机的阻力低速气流产生阻力的特性……………..（20分钟）飞行阻力的类型及特性………………...（30分钟）阻力公式………………………..….（15分钟）减少阻力的措施………………………...（15分钟）课堂小结………………….…（5分钟）课后体会i教学过程及教学内容[复习引入]回顾固定翼无人机机翼产生升力的原理。（提问）[教学内容]2.2.3固定翼无人机的阻力阻力是与固定翼无人机运动轨迹平行且与飞行速度方向相反的力。阻力阻碍固定翼无人机的飞行,但没有阻力,固定翼无人机无法飞行。在低速飞行时,根据阻力形成原因不同,可以分为摩擦阻力,压差阻力、干扰阻力、诱导阻力。其中摩擦阻力、压差阻力、干扰阻力与空气黏性有关，而诱导阻力主要与升力有关。低速气流产生阻力的特性影响固定翼无人机运行的阻力主要与空气黏性有关，空气与机体结构产生阻力的区域主要是附面层区域。附面层是指在粘性影响显著的边界附近的流体层。有黏性的气体流过物体时，由于物体表面不是绝对光滑的且对空气分子有吸附作用，所以紧贴物体表面的一层气流受到阻滞和吸附，气流速度变为零。这层速度为零的空气层又因为黏性影响到其外层的气流，使其外层气流速度减小。这样一层一层地向外影响下去,在紧贴物体表面的地方就出现了气流速度沿物体表面法线方向(简称物面法向)逐渐增大的薄层。附面层的特点:①附面层内沿物面法向的压强不变且等于法线主流压强。如果沿物面法向测量附面层在垂直方向的静压强p的变化,那么其结果是压强p在附面层内沿垂直方向几乎不变。附面层的厚度随气流流经物面距离的增长而变厚。气流沿物面流动时,紧贴附面层的一层空气不断受到附面层内空气黏性的影响,逐渐减速变为附面层内的气流,因而气流沿物面流过的距离越长,附面层的厚度也就越厚。附面层的分类:气流沿物面流动时,在物面的前段一般是层流,后段是紊流,层流和紊流之间的过渡区被称为转摈点。黏性气体的流动存在两种基本流态:层流附面层和紊流附面层。层流附面层是指气体微团沿物面法向分层流动,互不混淆,空气微团没有明显的上、下扰动的现象﹔紊流附面层是指气体微团除了沿物面流动外,还明显地沿物面法向上、下扰动,使各层之间有强烈的混合,形成紊乱的流动。飞行阻力的类型及特性摩擦阻力（1）定义：由于紧贴机体表面的空气受到阻碍作用而流速降低到0，根据作用力与反作用力定律，无人机机体必然受到空气的反作用力。这个反作用力与飞行方向相反，称为摩擦阻力。（2）影响摩擦阻力大小的因素：摩擦阻力的大小与附面层的类型和转捩点的位置密切相关。飞行速度：飞行速度越大，使得转捩点前移，因此紊流附面层所占的比例就大于层流附面层，摩擦阻力增大。物体表面的粗糙程度：物体表面越粗糙，紊流附面层更加容易出现。（3）减小摩擦阻力的方法：保证机体表面没有污物、划伤、凹陷和凸起等；及时擦拭机体表面；保持表面清洁。2.干扰阻力（1）干扰阻力的产生：无人机机体的各个部件之间，比如机翼、机身、尾翼的单独阻力之和小于把他们组合成一个整体所产生的阻力，这种由于各部件气流之间的相互干扰而产生的额外阻力，称之为干扰阻力。（2）减小干扰阻力的方法：固定翼无人机各部件之间尽可能用平滑过渡和整流罩包裹各部件连接处，可以有效的减小干扰阻力。3.压差阻力（1）定义：气流流过机翼后，在机翼的后缘部分产生附面层分离形成涡流区，压强降低；而在机翼前缘部分，气流受阻压强增大，这样机翼前后缘就产生了压力差，从而使机翼产生压差阻力。（2）影响因素：压差阻力的大小与分离点的位置有关；迎角越大，压差阻力越大；迎风面积越大，压差阻力越大；机翼形状不同，压差阻力不同。4.诱导阻力（1）定义：由于翼尖涡的诱导，导致气流下洗，在平行于相对气流方向出现阻碍无人机前进的力，这就是诱导阻力。（2）翼尖涡的形成：正常飞行时，下翼面的压强比上翼面高，在上下翼面压强差的作用作用下，下翼面的气流会绕过翼尖流向上翼面，下翼面由翼根流向翼尖，上翼面由翼尖流向翼根。由于上、下翼面气流在后缘处具有不同的流向于是就形成涡流，并在翼尖卷成翼尖涡，翼尖涡向后流就形成翼尖涡流。（3）下洗流：由于两个翼尖涡的存在，会导致在翼展范围内出现一个向下的诱导速度场，称为下洗。下洗速度的存在，改变了翼型的气流方向，使流过翼型的气流向下倾斜，这个向下倾斜的气流称为下洗流。（4）下洗角：下洗流的存在，改变了翼型的气流方向，使流过机翼气流向下倾斜，这个向下倾斜的气流就称为下洗流，下洗流与相对气流之间的夹角称为下洗角。（5）诱导阻力的产生下洗气流使流过机翼气流的流动方向整体向下倾斜了，产生的升力L^′与下洗气流的方向相垂直。升力L^′垂直于飞行速度方向的分力L仍然起着升力的作用，但其平行于飞行速度方向的分力D，则起着阻力的作用，这个附加的阻力就是诱导阻力。（6）影响诱导阻力的因素①机翼的平面形状：椭圆形机翼的诱导阻力最小、矩形机翼的诱导阻力最大、梯形机翼的诱导阻力介于其中。②展弦比：展弦比大，诱导阻力小；展弦比小，诱导阻力大。③机翼升力：机翼升力越大，诱导阻力越大。④飞行速度：低速平飞时，诱导阻力与速度的平方成反比。（7）减小诱导阻力的方法：翼梢小翼三、阻力公式四、减少阻力的措施(1）保持机体表面光洁机体表面的光滑﹑清洁程度对摩擦阻力的影响很大。实验表明,如果机体的表面凸凹不平达到0.01～0.15mm(相当于一根头发丝粗的1/7),那么这块面积上的摩擦阻力就会增大10%~15%。日常使用时,应及时擦拭固定翼无人机表面,保持表面清洁,保证机体表面没有污物﹑划伤、凹陷或凸起。(2）保持机体的外形完好固定翼无人机的流线形外形,包括各整流罩和整流片,都是为了减小压差阻力的(干扰阻力实质也是压差阻力),因此,必须保持好它们的外形;否则,将会引起局部气流分离,产生涡流,增大压差阻力,影响固定翼无人机的飞行性能。(3）保持固定翼无人机的密封性及时检查设备舱连接处的密封装置,如橡皮垫子,橡皮套等,使它们经常处于良好状态。[课堂小结]下列哪项不属于低速飞机上的阻力(A)激波阻力B.压差阻力C.诱导阻力D.摩擦阻力由于大气的黏性而产生的阻力是（C）A.干扰阻力B.压差阻力C.摩擦阻力D.诱导阻力飞机采用翼梢小翼是为了减小___B___。A.干扰阻力B.诱导阻力C.黏性摩擦阻力D.压差阻力[课后体会]无人机飞行必然产生阻力，阻力有的可以消除，有的则不可以，如诱导阻力，它