《无人机飞行原理》课件 项目5、6 旋翼无人机的飞行品质与飞行性能、复合翼无人机

旋翼无人机的稳定性机体坐标轴系纵轴沿着机身长度方向，在固定翼无人机对称面内由机尾通过重心指向机头的直线称为固定翼无人机的纵轴，指向机头的方向为正方向。俯仰力矩固定翼无人机上的力矩俯仰力矩也称为纵向力矩，它的作用是使固定翼无人机绕横轴做抬头或低头转动。力矩偏航力矩滚转力矩偏航力矩的作用是使固定翼无人机绕立轴做旋转运动。滚转力矩也称为倾斜力矩，它的作用是使固定翼无人机绕纵轴做滚转运动。固定翼无人机上的平衡俯仰平衡方向平衡横侧平衡旋翼无人机的静稳定性旋翼无人机的阻尼基本概念旋翼无人机的动稳定性本节主要知识点01旋翼无人机稳定性的概念☻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。旋翼无人机的稳定性稳定性旋翼无人机静稳定旋翼无人机动稳定1.1旋翼无人机静稳定性的定义旋翼无人机的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如果旋翼无人机受到外界瞬时扰动作用后，不经自动驾驶仪操纵的干预，具有自动恢复原来平衡状态的趋势，则称旋翼无人机是静稳定的。反之，在外界瞬时扰动后，旋翼无人机有扩大偏离平衡状态的趋势，则称旋翼无人机是静不稳定的。旋翼无人机受到瞬时扰动作用后既无扩大偏离，又无恢复原来平衡状态的趋势，则称旋翼无人机是中性稳定的。1.2旋翼无人机动稳定性的定义旋翼无人机的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。动稳定的动不稳定的中性稳定的1.2旋翼无人机动稳定性的定义旋翼无人机的稳定性12思考静不稳定的旋翼无人机可能是动稳定的吗？动不稳定的旋翼无人机当发散程度不是很剧烈时，可以坚持飞行吗？02

旋翼无人机的静稳定性旋翼无人机的静稳定是指其飞行过程中受扰而偏离原平衡位置后，自动恢复和返回到它原来平衡状态的初始能力。旋翼无人机的稳定性纵向静稳定性航向静稳定性横向静稳定性2.1

旋翼无人机的纵向静稳定性---对速度的静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。旋翼无人机的稳定性偶然受到扰动后，飞行速度发生变化。2.1

旋翼无人机的纵向静稳定性---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。旋翼无人机的稳定性2.1

旋翼无人机的纵向静稳定性---对桨盘迎角的静稳定性旋翼无人机的稳定性前飞状态静不稳定的按迎角水平尾面通常是负安装角，产生向下的气动力以提供抬头力矩。2.2

旋翼无人机的纵航向静稳定性旋翼无人机的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。旋翼无人机对侧滑角是航向静稳定的。尾桨垂直尾面2.3

旋翼无人机的纵横向静稳定性旋翼无人机的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。2.3

旋翼无人机的纵横向静稳定性旋翼无人机的稳定性横向静稳定力矩尾桨旋翼03

旋翼无人机的动稳定性旋翼无人机的稳定性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。动稳定性指标周期振幅半衰期倍幅时间03

旋翼无人机的动稳定性旋翼无人机的稳定性改善旋翼无人机稳定性的措施增稳电子系统安装平尾增加旋翼的阻尼04

旋翼无人机的阻尼旋翼无人机的稳定性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。4.1

旋翼无人机的纵向阻尼旋翼无人机的稳定性旋翼无人机的纵向阻尼主要来自旋翼。纵向阻尼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增加桨叶绕挥舞绞的惯性矩降低重心挥舞绞外伸量大些用稳定杆等增加阻尼4.2

旋翼无人机的航向阻尼旋翼无人机的稳定性对于单旋翼带尾桨式旋翼无人机，航向阻尼主要来自尾桨。4.3

旋翼无人机的横向阻尼旋翼无人机的稳定性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。谢谢聆听旋翼无人机的稳定性机体坐标轴系纵轴沿着机身长度方向，在固定翼无人机对称面内由机尾通过重心指向机头的直线称为固定翼无人机的纵轴，指向机头的方向为正方向。俯仰力矩固定翼无人机上的力矩俯仰力矩也称为纵向力矩，它的作用是使固定翼无人机绕横轴做抬头或低头转动。力矩偏航力矩滚转力矩偏航力矩的作用是使固定翼无人机绕立轴做旋转运动。滚转力矩也称为倾斜力矩，它的作用是使固定翼无人机绕纵轴做滚转运动。固定翼无人机上的平衡俯仰平衡方向平衡横侧平衡旋翼无人机的静稳定性旋翼无人机的阻尼基本概念旋翼无人机的动稳定性本节主要知识点01旋翼无人机稳定性的概念☻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。旋翼无人机的稳定性稳定性旋翼无人机静稳定旋翼无人机动稳定1.1旋翼无人机静稳定性的定义旋翼无人机的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如果旋翼无人机受到外界瞬时扰动作用后，不经自动驾驶仪操纵的干预，具有自动恢复原来平衡状态的趋势，则称旋翼无人机是静稳定的。反之，在外界瞬时扰动后，旋翼无人机有扩大偏离平衡状态的趋势，则称旋翼无人机是静不稳定的。旋翼无人机受到瞬时扰动作用后既无扩大偏离，又无恢复原来平衡状态的趋势，则称旋翼无人机是中性稳定的。1.2旋翼无人机动稳定性的定义旋翼无人机的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。动稳定的动不稳定的中性稳定的1.2旋翼无人机动稳定性的定义旋翼无人机的稳定性12思考静不稳定的旋翼无人机可能是动稳定的吗？动不稳定的旋翼无人机当发散程度不是很剧烈时，可以坚持飞行吗？02

旋翼无人机的静稳定性旋翼无人机的静稳定是指其飞行过程中受扰而偏离原平衡位置后，自动恢复和返回到它原来平衡状态的初始能力。旋翼无人机的稳定性纵向静稳定性航向静稳定性横向静稳定性2.1

旋翼无人机的纵向静稳定性---对速度的静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。旋翼无人机的稳定性偶然受到扰动后，飞行速度发生变化。2.1

旋翼无人机的纵向静稳定性---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。旋翼无人机的稳定性2.1

旋翼无人机的纵向静稳定性---对桨盘迎角的静稳定性旋翼无人机的稳定性前飞状态静不稳定的按迎角水平尾面通常是负安装角，产生向下的气动力以提供抬头力矩。2.2

旋翼无人机的纵航向静稳定性旋翼无人机的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。旋翼无人机对侧滑角是航向静稳定的。尾桨垂直尾面2.3

旋翼无人机的纵横向静稳定性旋翼无人机的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。2.3

旋翼无人机的纵横向静稳定性旋翼无人机的稳定性横向静稳定力矩尾桨旋翼03

旋翼无人机的动稳定性旋翼无人机的稳定性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。动稳定性指标周期振幅半衰期倍幅时间03

旋翼无人机的动稳定性旋翼无人机的稳定性改善旋翼无人机稳定性的措施增稳电子系统安装平尾增加旋翼的阻尼04

旋翼无人机的阻尼旋翼无人机的稳定性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。4.1

旋翼无人机的纵向阻尼旋翼无人机的稳定性旋翼无人机的纵向阻尼主要来自旋翼。纵向阻尼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增加桨叶绕挥舞绞的惯性矩降低重心挥舞绞外伸量大些用稳定杆等增加阻尼4.2

旋翼无人机的航向阻尼旋翼无人机的稳定性对于单旋翼带尾桨式旋翼无人机，航向阻尼主要来自尾桨。4.3

旋翼无人机的横向阻尼旋翼无人机的稳定性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。谢谢聆听《无人机飞行原理》

复合翼无人机

项目6一、复合翼无人机的飞行模式48复合翼无人机完成一次飞行任务会经历多个阶段，其飞行过程如图：二、复合翼无人机的基本结构49复合翼无人机包含了多旋翼系统和固定翼系统两种，通过相关的结构将两个系统结合在一起，如图，通过飞控计算机实现两个系统的协调控制。三、复合翼无人机飞行基本原理50复合翼无人机起降/悬停阶段使用旋翼模式，平飞/爬升阶段采用固定翼模式。起飞段开始无人机由旋翼系统桨叶旋转提供升力由地面升空；到达指定高度后，其平飞动力开始启动，使无人机逐渐加速。当真空速到达固定翼模式的安全速度后，旋翼停止工作，此时由机翼提供升力。加速上升阶段的受力图降落段与起飞段过程相反，空速满足降落速度要求后，旋翼系统启动，此时平飞动力关闭，无人机会有一个较大的迎角，会使旋翼产生更大的旋翼阻力，耗散掉无人机的平飞速度，以便进入到旋翼模式。51减速下降阶段的受力图四、复合翼无人机的稳定性无人机的稳定性是指无人机在受到扰动后所表现的固有运动状态，也可以理解为无人机反抗外界扰动的能力。无人机的稳定性可以分为静稳定性和动稳定性：1)静稳定性