《无人机飞行原理》教案 项目5：旋翼无人机的飞行品质与飞行性能1

课时教学教案课程:无人机飞行原理任课教师:XXX授课题目旋翼无人机的稳定性和操纵性教学形式双师共课时授课班级授课日期教学目的掌握旋翼无人机的坐标轴系和受力。能够分析旋翼无人机的力矩。理解旋翼无人机平衡。重点1、坐标轴系、力及力矩2、运动中旋翼的受力分析。难点1、直升机的自动倾斜器的结构及原理。2、俯仰力矩、横侧力矩及方向力矩有哪些课堂结构及时间分配复习引入………………..…（5分钟）教学内容旋翼无人机的机体坐标轴系和受力………………..（40分钟）旋翼无人机的平衡………………...（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]复习：自动倾斜器的工作原理。直升机的旋翼由桨毂和桨叶组成，桨毂由发动机经过传动机构带动旋转。桨叶与桨毂的连接通常由3个关节实现。这3个关节分别是水平关节（挥舞绞）、垂直关节（摆振铰）和轴向关节（变距铰）。[教学内容]5.1.1旋翼无人机的机体轴系和所受外力旋翼无人机的机体坐标轴系与力矩坐标轴系x轴穿过无人直升机重心,指向前方,绕x轴的旋转称为滚转;y轴穿过无人直升机重心,指向上方,绕y轴的旋转称为偏航;z轴穿过无人直升机重心,指向右方,并与x轴和y轴都垂直,绕z轴的旋转称为俯仰。旋翼无人机上的力矩(1)俯仰力矩：俯仰力矩的作用是使无人机绕横轴做抬头或低头的转动。(2)偏航力矩：偏航力矩的作用是使无人机绕立轴做旋转运动。(3)滚转力矩：滚转力矩的作用是使无人机绕纵轴做滚转运动。旋翼无人机的自动倾斜器和电动操纵机构旋翼无人机的自动倾斜器自动倾斜器的旋转环跟桨叶同步旋转,并有变距拉杆分别与每片桨叶相连。不旋转环与总距杆相连,并带动旋转环一同旋转或沿旋翼轴上下滑动。自动驾驶仪操纵总距杆使自动倾斜器整体上下移动,即同时同等地改变各片桨叶的桨距,以控制旋翼拉力的大小;周期变距杆与不旋转环相连，自动驾驶仪操纵变距杆向任何方向偏转,则带动旋转环倾斜,实现桨叶的周期变距,从而控制旋翼拉力的倾斜方向。旋翼无人机所受外力重力：旋翼无人机各部件、油料、货物等重力的合力就是重力W。旋翼力(1)拉力：拉力沿旋翼旋转轴向上为正,是各片桨叶的升力在旋转轴上的投影的合成。(2)后向力：后向力在桨毂旋转面内指向旋翼无人机的正后方。后向力来自桨尖平面的后倒、前行桨叶与后退桨叶的翼型阻力之差,以及旋翼纵向挥舞与旋翼入流相结合所造成的剖面升力倾斜。(3)侧向力：侧向力在桨毂旋转面内指向方位角90°方向。侧向力来自桨尖平面的倾斜以及旋翼横向挥舞与旋翼入流相结合所造成的剖面升力倾斜。(4)反扭矩：反扭矩与旋翼旋转方向相反,由旋翼的旋转阻力(包括型阻和诱导阻力)形成。(5)桨毂力矩：桨毂力矩是指对于挥舞铰不在旋转中心的旋翼,且由桨叶离心力引起的与挥舞铰有关的力矩,与挥舞铰偏置量成正比。桨毂力矩主要包括附加的俯仰力矩和附加的滚转力矩。5.1.2旋翼无人机的平衡一、平衡条件：作用于直升机的各力之和为零；各力对重心所构成的力矩之和也为零。二、俯仰平衡：（1）直升机的俯仰平衡，是指作用于直升机的各俯仰力矩之和为零；直升机取得俯仰平衡后，不绕横轴转动。（2）影响俯仰力矩的因素：提放桨距（上提桨距杆，桨叶安装角增大，桨叶迎角随之增大，拉力增大，旋翼俯仰力矩增大；反之，下放桨距杆，桨叶安装角减小，桨叶迎角减小，拉力减小，旋翼俯仰力矩减小。）；重心位置（重心在拉力作用线之前，随着速度增大，旋翼所形成的下俯力矩减小；重心在拉力作用线之后，随着速度增大，旋翼所形成的上仰力矩增大）；飞行速度（前飞速度增大，因相对气流不对称性增大，旋翼锥体后倾量增大，从而改变旋翼俯仰力矩。）三、直升机的方向平衡☻直升机的方向平衡，是指作用于直升机的各偏转力矩之和为零。☻直升机取得方向平衡后，不绕立轴转动或只作等速转动。四、直升机的横侧平衡☻直升机的横侧平衡，是指作用于直升机的各滚转力矩之和为零。☻直升机取得横侧平衡后，不绕纵轴转动。[课堂小结]旋翼无人机的机体坐标坐标轴系与固定翼无人机的类似，对应的力矩也相似，可对比机翼。旋翼无人机的平衡也是其设计重要的指标，要尽量理解。[课后体会]本节课内容可结合固定翼无人