《无人机飞行原理》教案 项目2：固定翼无人机飞行原理2

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升力教学形式双师共课时授课班级授课日期教学目的1、机翼产生升力的原理。2、升力的向量表示法。3、升力公式及影响升力大小的因素。4、具有利用网络等资源，进一步获取新知识的能力。重点1、机翼产生升力的原理。2、升力公式及影响升力大小的因素。难点1、升力的向量表示法。2、利用连续性定理和伯努利定理解释升力产生的原理。课堂结构及时间分配复习引入………………..……（5分钟）教学内容机翼升力产生的原理………………..（40分钟）影响升力的因素………………………...（40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]引入：无人机的特性及对飞行的影响。相对气流的方向。大气飞行环境对无人机的影响：对无人机的空气动力性能、发动机的工作状态、操纵人员都有非常重要的影响。[教学内容]固定翼无人机的升力固定翼无人机在空中飞行时，其机体各部分产生的空气动力的总和称为固定翼无人机的空气总动力，通常用R表示。一般情况下，固定翼无人机的空气总动力是向上并向后倾斜的，根据其所起的作用，固定翼无人机的空气总动力可以分解为垂直于飞行速度方向和平行于飞行速度方向的两个分力。垂直于飞行速度方向的分力叫升力，用L表示；平行于飞行速度方向的分力叫阻力，用D表示。一、升力产生的原理机翼的压力分布迎角对流线谱的影响：当迎角由小变大时，机翼上表面的流管变得更细，下表面则相反，流管较原来变粗，甚至比前方流管还粗，机翼后缘涡流更多。升力的产生机翼的压力分布（1）压力分布表示——矢量表示法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。（2）为了形象地说明机翼表面各点的压力大小，可用矢量表示法，画出机翼的压力分布图。将测出的翼面各点的压力与大气压力之差，用向量画在翼面的垂直线上。（3）当空气流过机翼时，气流会沿上下表面分开，根据伯努利原理，上表面气流速度快，对机翼的压力较小，下表面气流速度慢，对机翼压力较大，这就产生了一个压力差，也就是向上的升力。4.升力公式——升力系数﹔——飞行动压;S——机翼的面积。根据升力公式可分析，固定翼无人机的升力与升力系数、飞行动压及机翼面积成正比。影响升力系数的因素有机翼形状、机翼面积、飞行迎角等，影响飞行动压的因素有飞行器所处环境的空气密度、相对气流速度等。影响升力的因素(1）翼型对升力的影响翼型不同，机翼流线谱和压力分布也不同，因而升力大小也不一样。例如平凸翼型和双凸翼型。平凸翼型上、下表面的弯曲程度相差较大，使上、下表面流管粗细的差别变大，所以在其他因素相同的条件下，平凸翼型的升力比双凸翼型的大。（2）迎角对升力的影响迎角不同,机翼流线谱也不同，从而影响升力的大小也发生变化。在不同正迎角下，机翼的流线谱和压力分布的变化情况：在一定迎角范围内，增大迎角，升力增大。这是因为随着迎角的增大，机翼上表面前部，流线更为弯曲，流管更为收缩，流速加快，压力降低，吸力增大。与此同时，气流受下表面的阻挡作用更强，流速减慢，压力提高。于是，机翼上、下表面压力差增大，所以升力增大。当迎角增大到某一值时，机翼上表面前部流管变得最细，流速最快，吸力最大，而下表面流管变得更粗，流速更慢，正压力更大。这时上下压力差增加到最大，所以升力最大。当迎角超过这一值时，迎角再继续增加，升力反而减小。其原因主要是机翼上表面的涡流区扩大，上表面前部流管扩张，吸力降低所致，可以从升力系数与迎角坐标系中发现这一规律。空气密度对升力的影响空气密度和飞行速度不同，会导致相对气流的动压不同。在低速的条件下，然流线谱基本上不改变，但它直接影响机翼各处压力的变化，从而影响升力。当空气密度大时，说明空气比较稠密，作用在机翼上表面的吸力和下表面的正压力都增大，机翼上下表面压力差增大，则升力增大；反之，升力减小。影响空气密度大小的因素与飞行高度和气温有关。飞行高度低或气温低，空气密度就大，升力也就大；反之，升力减小。(4）相对气流速度对升力的影响飞行速度增大,即相对气流速度增大,机翼上表面的气流速度比下表面的气流速度增大得更多。所以上表面压力比下表面压力减小得更多,上下表面压力差增大,升力随之增大。由实验数据可得:升力与飞行速度的平方成正比。空气密度和飞行速度对升力的影响综合起来,就是气流动压对升力的影响。气流的动压越大,产生的升力也越大,即升力与相对气流中的动压成正比。(5）机翼面积对升力的影响在其他因素不变的条件下,机翼面积的变化虽然不会引起流线谱和压力分布的改变,但它使产生机翼上下表面压力差的面积发生变化,从而影响升力。机翼面积大,产生上下表面压力差的地方就越多,产生上下表面压力差的总和也就越大,所以升力增加。[课堂小结]本节课的重点是能够利用空气动力学基本原理解释机翼产生升力的原理。同时理解影响升力大小的因素有哪些。[课后体会]机翼产生升力的根本原因有二：其一是机翼特殊的翼型；其二是机翼与空气有相对运动，也就是当气流流过机翼时，便