《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稳定性的概念。能够理解旋翼无人机静稳定和动稳定性及影响因素。旋翼无人机的操纵。重点1、无人直升机的静稳定性和动稳定性。2、无人直升机安定性分析、操纵行。难点1、直升机稳定力矩的产生。2、影响无人直升机安定性、操纵性的因素。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稳定性……………………..（40分钟）旋翼无人机的操纵性…………………..（40分钟）课后体会…………………..…（5分钟）i教学过程及教学内容[复习引入]引入：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]5.2.1旋翼无人机的稳定性旋翼无人机稳定性概念稳定是在平衡的前提下定义的，稳定性通常是指旋翼无人机保持固有运动状态或抵制外界扰动的能力。旋翼无人机的静稳定性：平衡状态被破坏瞬间的旋翼无人机运动趋势，称作旋翼无人机的静稳定性。旋翼无人机的动稳定性：动稳定性是指作定常飞行的旋翼无人机受到扰动而偏离其平衡状态后，在由此而产生的力和力矩作用下所发生的运动性质。旋翼无人机的稳定性纵向稳定性（1）对速度的净稳定性：旋翼无人机偶然受到干扰后，使飞行速度发生变化，如果出现新的附加力矩，使之自动恢复原来的速度，则旋翼无人机按速度是静稳定的；反之，按速度是静不稳定的。（2）对桨盘迎角的静稳定性：旋翼无人机偶然受到干扰后，迎角发生了变化，如受到干扰后抬头，如果出现新的附加低头力矩，使之自然趋于恢复原来的迎角，则旋翼无人机按迎角是静稳定的；反之如果出现附加力矩是抬头力矩，使机身进一步抬头，则按迎角是静不稳定的。2.旋翼无人机的纵航向静稳定性当旋翼无人机偶然受到干扰偏离原来航向后，在初始时若能产生恢复力矩，则旋翼无人机是航向静稳定的；反之，则是航向静不稳定的。3.旋翼无人机的纵横向稳定性旋翼无人机在偶然受到干扰后，横向平衡状态遭到破坏，旋翼无人机发生侧倾，这时会出现侧滑。例如当旋翼无人机向右倾斜时，右倾的旋翼气动力使旋翼无人机向右移动，即出现右侧滑。若此时出现新的左滚力矩来消除向右侧滑，即具有自动恢复原来横向平衡状态的趋势，则旋翼无人机是横向静稳定的；反之则是横向静不稳定的。的。旋翼无人机的动稳定性概念：旋翼无人机的动稳定问题，研究的是旋翼无人机受扰后的飞行状态的动态过程，是一个非定常问题，对于受扰运动的全过程分析，要进行复杂的数学运算。改善动稳定的措施：增加旋翼的阻尼、安装平尾、增稳电子系统。旋翼无人机的阻尼旋翼无人机在受扰转动之后还可能出现一种阻滞转动的力矩，通常称为阻尼。旋翼无人机的阻尼主要来自旋翼和尾桨。旋翼无人机的纵向阻尼：旋翼无人机的纵向阻尼主要来自旋翼。阻尼与角速度有关，阻尼对稳定性起着重大作用，在构造上增加阻尼的方法。旋翼无人机的航向阻尼：对于单旋翼带尾桨式旋翼无人机，航向阻尼主要来自尾桨。旋翼无人机的横向阻尼：对于单旋翼带尾桨式旋翼无人机，横向阻尼主要受到旋翼和尾桨的影响。5.2.2旋翼无人机的操纵性一、基本概念操纵性：自动驾驶仪通过伺服机构对旋翼无人机施加力和力矩，以保持旋翼无人机在阵风的空气中处于定常飞行状态，或者完成所希望的机动飞行能力。稳定性：是旋翼无人机的一种运动属性，是指旋翼无人机保持固有运动状态或抵制外界扰动的能力。操纵性是研究旋翼无人机在自动驾驶仪操纵后的飞行状态改变的动态过程。操纵特性与操纵输入量有关，该操纵输入控制着旋翼无人机从某一种飞行状态过渡到另一种飞行状态。操纵力矩：航向操纵力矩——自动驾驶仪通过伺服机构改变尾桨桨距来实现；纵向和横向操纵力矩——通过自动倾斜器的倾斜角来实现。特点：旋翼无人机对各自由度的控制并非彼此独立；旋翼无人机对操纵的响应存在各轴之间的严重耦合；旋翼无人机响应滞后较大。二、旋翼无人机的操纵方式单旋翼带尾桨旋翼无人机的操纵方式与固定翼无人机操纵方式对比固定翼无人机各运动轴的操纵面彼此独立，升降舵提供俯仰力矩，方向舵产生偏航力矩，副翼差动使无人机滚转，螺旋桨拉力或喷气推力使无人机前进，它们各司其职，互不干扰。而且固定翼无人机的主升力面（机翼）不参与操纵。►这些优点使无人机的操纵特性远优于旋翼无人机。双旋翼无人机操纵方式双旋翼无人机没有尾桨，全部飞行操纵皆由旋翼执行；每一副旋翼都有一套自动倾斜器，均可进行周期变距，以改变每一副旋翼的拉力和倾斜方向；利用两副旋翼拉力变化的组合，实现旋翼无人机的飞行操纵。多旋翼无人机操纵方式[课堂小结]本节课重点理解旋翼无人机的平衡性的重要性，掌握无人直升机和多旋翼无人机的操纵方式，其实这部分和旋翼无人机的飞行原理密切相关。[课后体会]无人直升机的