固定翼无人机组装调试与飞行实训 课件全套 项目1-5 系统综述与结构认知- 垂起固定翼超视距飞行训练

项目一系统综述与结构认知（4学时）回味历史（发展历程，阅读）；系统组成（讲授，1学时）；飞行器系统结构认知（讲授、研讨、课堂练习，3学时）。简述固定翼无人机的发展脉络、典型个例及军事应用，感受战争需求牵引固定翼无人机的发展脉络；掌握固定翼无人机的定义、特点、系统组成及常见类型；阐述固定翼无人机飞行器系统的具体结构，理解各组成部分的具体功能。主要教学内容教学目标1系统组成定义与特点典型个例全系统结构简要工作过程定义：由动力装置产生前进的推力或拉力，由机身固定的机翼产生升力，在大气层内飞行的重于空气的无人机，是属于航空器范畴。特点：载荷大、续航时间长、航程远、飞行速度快、飞行高度高。但传统固定翼起降受场地限制、无法悬停。推力拉力复合翼1系统组成定义与特点典型个例全系统结构简要工作过程1系统组成定义与特点典型个例全系统结构简要工作过程1系统组成定义与特点典型个例全系统结构简要工作过程1系统组成定义与特点典型个例全系统结构简要工作过程建立“结构全系统”概念：作为无人机的一种，固定翼无人机系统同样包括在天上飞行的无人飞行器以及与之配套的地面控制系统、构成天地回路的数据链系统、任务载荷系统等等，所以无人机更应该被称为无人机系统。在军事应用领域，不同的固定翼无人机系统，由于其担负的任务不同，其大小、质量、复杂程度等也各不相同，但就其基本组成来说，一般可分为“无人飞机”和“地面站”两部分，供应订货的配套，往往以“几架飞机和一个地面站”为一个单位，例如“3机1站”、“6机1站”等；而在民用领域，出于成本考虑，多采用单机单站配套，即一架飞机配套一个地面站。1系统组成定义与特点典型个例全系统结构简要工作过程为加强专业学习的针对性：我们将无人机系统按专业归类分为飞行器（含发射与回收）、控制与导航、综合无线电、供电、保障支援、任务设备等分系统。飞行器系统：可能通俗地理解为天上飞的那一部分，包括：飞机机体、飞机的动力装置（推进系统）、飞行操纵装置、机体供电系统等。当然还应有航空电子设备（控制与导航系统）、机载数据终端（数据链系统的机载部分）和任务设备系统的有效载荷。主要功能：为无人机飞行器提供飞行动力，同时把各分系统及部件连为一体并具有良好的气动外形，最终为任务载荷提供飞行平台。1系统组成定义与特点典型个例全系统结构简要工作过程为加强专业学习的针对性：我们将无人机系统按专业归类分为飞行器（含发射与回收）、控制与导航、综合无线电、供电、保障支援、任务设备等分系统。发射与回收系统：用来保证无人机的正常发射和回收。包括发射架（车）或助飞器、发射时检测设备、回收设备（回收伞、回收车或起落设备）等。1系统组成定义与特点典型个例全系统结构简要工作过程为加强专业学习的针对性：我们将无人机系统按专业归类分为飞行器（含发射与回收）、控制与导航、综合无线电、供电、保障支援、任务设备等分系统。飞行控制与自主导航系统：控制相当于“驾驶”，是指通过操纵飞机的操纵面（副翼、方向舵、升降舵等）来控制飞行姿态，以期达到预定的飞行高度、速度或完成需要的机动及作业飞行要求，就像开车一样！导航是指引导无人机沿着选定航线，准确到达目的地。因此导航相当于领航员！导航侧重于提供导航参数和时间同步，其本质是确定无人机的瞬时空间位置，即定位。1系统组成定义与特点典型个例全系统结构简要工作过程为加强专业学习的针对性：我们将无人机系统按专业归类分为飞行器（含发射与回收）、控制与导航、综合无线电、供电、保障支援、任务设备等分系统。因此，控制与导航系统被认为是无人机系统的指挥控制中心，用来保障无人机稳定地沿要求航线飞行，以便到达预定的任务区域，同时，无人机上传输过来的图像、飞行状态参数及遥测数据等在此进行处理与显示。分为机载（航空电子）和地面（飞行控制与任务控制）两部分。1系统组成定义与特点典型个例全系统结构简要工作过程为加强专业学习的针对性：我们将无人机系统按专业归类分为飞行器（含发射与回收）、控制与导航、综合无线电、供电、保障支援、任务设备等分系统。机载的飞行控制与管理部分称为航空电子，或直接称之为飞控，由飞行控制管理计算机、机载测量装置、伺服机构等组成。主要功能是：自动驾驶、飞行动作控制、航迹控制、任务控制、发动机控制、飞行管理、数据采集、遥控解码、遥测编码，还具有发动机停车、开伞回收控制以及应急情况处置等。1系统组成定义与特点典型个例全系统结构简要工作过程为加强专业学习的针对性：我们将无人机系统按专业归类分为飞行器（含发射与回收）、控制与导航、综合无线电、供电、保障支援、任务设备等分系统。地面指挥控制也称为地面站，分为飞行控制和任务控制。飞行控制和任务控制指令的产生、飞行器机载设备工作状态信息和图像的显示、飞行器所处位置及飞行航线规划、目标定位等全归属于地面指挥控制系统。1系统组成定义与特点典型个例全系统结构简要工作过程为加强专业学习的针对性：我们将无人机系统按专业归类分为飞行器（含发射与回收）、控制与导航、综合无线电、供电、保障支援、任务设备等分系统。综合无线电系统：也称数据链系统：主要完成对无人机的无线电遥控、遥测和定位，以及图像传输，构成天地回路（上、下行），还能实现与友邻单位的通信。一般包括地面和机载的无线电系统及基配套链路。地面数据终端通常是一种微波电子系统及天线，在地面与飞机之间提供视距通信，有时通过卫星提供。机载部分包括接收机，用于接收地面指令，还包括遥测发射机、视频发射机及天线等，用于传递图像及遥测数据。1系统组成定义与特点典型个例全系统结构简要工作过程为加强专业学习的针对性：我们将无人机系统按专业归类分为飞行器（含发射与回收）、控制与导航、综合无线电、供电、保障支援、任务设备等分系统。电气/供电系统：为机上及地面设备供电，包括电力的产生、储存、变换、分配和控制的所有部件，如地面电源车、油机，机载的备用电池组、发电机、稳压电源，还包括机上和车载的布线、电缆和接头等。无人机电气系统一般包括电源、配电系统、用电设备三个部分，电源和配电系统两者的组合统称为供电系统。1系统组成定义与特点典型个例全系统结构简要工作过程为加强专业学习的针对性：我们将无人机系统按专业归类分为飞行器（含发射与回收）、控制与导航、综合无线电、供电、保障支援、任务设备等分系统。地面保障设备：包括运输、装卸、测试、通信（与友邻单位，电台）、维修及模拟训练设备等。1系统组成定义与特点典型个例全系统结构简要工作过程为加强专业学习的针对性：我们将无人机系统按专业归类分为飞行器（含发射与回收）、控制与导航、综合无线电、供电、保障支援、任务设备等分系统。任务设备系统：用来完成指定的任务。不同用途的无人机安装不同的任务设备，例如军用无人机中侦察设备、定位校射设备、靶机任务设备、电子对抗设备、航空武器等；民用无人机中的航拍、测绘、植保、森林防火等。通常情况下，任务设备系统是无人机中最昂贵的子系统！1系统组成定义与特点典型个例全系统结构简要工作过程为加强专业学习的针对性：我们将无人机系统按专业归类分为飞行器（含发射与回收）、控制与导航、综合无线电、供电、保障支援、任务设备等分系统。1系统组成定义与特点典型个例全系统结构简要工作过程从工作过程的角度：固定翼无人机的工作过程可分为四个阶段：起飞爬升、导航控制、执行任务和降落回收。但为了保障无人机的无故障升空，在起飞前还有大量的地面装调和测试等工作，所以从作业流程的角度来讲，应该作进一步的细分，具体如下：①作业组织准备任务受领与分析场地选择与布置任务及航线规划空域申请与报备②飞行前准备飞机供电检查静态联合调试发动机试车联合拉距离试验③起飞与爬升发射阵地完成各项准备后，依照指定的发射方式起飞无人机并爬升到预定高度。④导航控制飞行爬升转平飞，由导航控制系统形成指令，控制各操纵面，无人机按预定航线飞行。⑤执行作业任务当无人机被成功引导进入预定空域后，由地面站控制机载任务设备实施指定作业。⑥着陆回收完成任务后，由回收设备对无人机进行安全降落并撤收，对作业信息进行处理。机

体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知常规布局固定翼飞行平台的三大组成：机体、动力系统、发射与回收装置。机

体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知机体：一般由机翼、机身和尾翼等组成。机身将机翼、尾翼、动力和起落装置等连为一体，并作为容器装载各种设备和油料等。机翼：产生升力的主要部件，用以支持无人机在空中飞行，起到一定的稳定和操纵作用。其上装有副翼（机翼外侧）和襟翼（机翼内侧），副翼用以保证无人机的横向操纵，襟翼用以改善无人机起飞和着陆时的性能。机

体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知机体：一般由机翼、机身和尾翼等组成。机身将机翼、尾翼、动力和起落装置等连为一体，并作为容器装载各种设备和油料等。机翼受力分析：作用在飞机机翼上的外力有：重力、升力、发动机或其它部件传来的力等。这些外力会引起机翼的五种变形：弯曲、扭转、剪切、拉伸、压缩。机翼可视为固链在机身上的悬臂梁，当机翼受到上述外力作用而产生变形时，其内部会产生反抗这种变形的力，称为内力。承受这些内力的部件称之为机翼的受力构件，其作用是保证机翼的空气动力外形，并进一步保证飞机在飞行的稳定与操纵特性。机

体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知机体：一般由机翼、机身和尾翼等组成。机身将机翼、尾翼、动力和起落装置等连为一体，并作为容器装载各种设备和油料等。机翼的纵向骨架：包括翼梁、纵墙和桁条三种类型，其结构和受力依次减弱。其中翼梁是最强有力的纵向构件，承受全部或大部弯矩和剪力；纵墙常放置在靠近机翼的前后缘，与上下蒙皮相连；桁条主要起支持蒙皮的作用。机翼的横向骨架：包括普通翼肋和加强翼肋，其作用是形成并维持剖面形状，把蒙皮和桁条传来的空气动力传给翼梁。加强翼肋还能传递和承受较大的集中载荷。机

体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知机体：一般由机翼、机身和尾翼等组成。机身将机翼、尾翼、动力和起落装置等连为一体，并作为容器装载各种设备和油料等。机身：将机翼、尾翼、动力装置等连为一体，装载各种电气设备和油料等。从空气动力学角度看，机身并不是必要的。如果机翼足够大，能装载各种设备时，则机身是可以取消的，没有机身的飞行器称为飞翼。机

体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知机体：一般由机翼、机身和尾翼等组成。机身将机翼、尾翼、动力和起落装置等连为一体，并作为容器装载各种设备和油料等。普通隔框：主要维持机身外形，支持蒙皮及桁条，承受局部气动力（木质）。加强隔框：既承担普通隔框作用，更主要的是承受和传递集中载荷（金属）。机

体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知机体：一般由机翼、机身和尾翼等组成。机身将机翼、尾翼、动力和起落装置等连为一体，并作为容器装载各种设备和油料等。尾翼：通常包括水平尾翼和垂直尾翼，简称平尾和垂尾。平尾一般由固定的水平安定面和可偏转的升降舵组成；垂尾由固定的垂直安定面和方向舵组成。安定面的作用是使飞机具有适度的静稳定性，升降舵和方向舵的作用是进行飞机的俯仰和偏航操纵。副翼、升降舵、方向舵称为飞机的主操纵面。机

体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知机体：一般由机翼、机身和尾翼等组成。机身将机翼、尾翼、动力和起落装置等连为一体，并作为容器装载各种设备和油料等。蒙皮：包在机身和机翼纵横骨架外，维持外形并与空气直接接触的构件，因此要求表面光滑，以免增加阻力影响飞行性能。主要作用：1）维持机翼的气动外形；2）承受局部气动力，把压力或吸力传递到纵向骨架上；3）与翼梁和纵墙腹板构成封闭盒，承受弯矩、扭矩。机

体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知机体：一般由机翼、机身和尾翼等组成。机身将机翼、尾翼、动力和起落装置等连为一体，并作为容器装载各种设备和油料等。接头：用于机翼和其它构件的连接与拆卸，并实现构件之间力的传递。单、双耳式梳式机体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知动力系统：产生前进的拉力或推力，使无人机获得飞行速度和升力。传统固定翼大多采用活塞发动机作为动力装置，但出于成本和使用方便的考虑，现阶段，部分轻型和微型固定翼已开始普遍开始使用电动动力系统。油动系统：包括发动机本体和一系列保证发动机正常工作的辅助系统，除提供推力或拉力外，还在必要时配套发电机，为机载设备供电。（有专门课程！）电动系统：电池、电调、电机、螺旋桨和充电器。（多旋翼课程已讲）机体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知重要性强调：固定翼无人机的发射和回收方式远比旋翼类无人机复杂，飞行事故中的60%会出现在起飞和着陆阶段。所以可靠的发射和回收方式是确保无人机安全飞行的要素之一。传统固定翼发射和回收方式包括：起落架地面滑跑起飞：无人机依靠自身动力，借助起落架或其它专门起飞装置的动力，在跑道上滑跑升空。（发动机已起动）有的起飞后即抛弃起落架小型一般不收起起落架长航时、远程一般收起起落架(有人机)离地速度和滑跑距离是两个关键参数借助滑跑车时原理类似机体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知火箭助推发射：无人机安装在专门的发射架上，借助火箭推力，将无人机发射升空。（发动机已起动）一台或多台火箭做为助推器助推火箭工作时间一般为几秒钟起飞后抛弃助推器灵感来源于有人机零距离起飞（ZEL，Zero-LengthLaunch）概念美制“火蜂”机体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知滑轨弹射：飞行器安装在发射装置的轨道上，在自身发动机和发射装置中的助力设备共同作用下起飞。无人机飞离轨道后，在主发动机作用下完成飞行任务。一般都有长长的滑轨滑轨中的助力设备配合主发动机提供滑跑加速助力设备有弹力、液压和气动等类型若助力设备采用火箭，则等同于零长发射机体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知手抛发射（投掷）：小、微型固定翼无人机的常见起飞方式，由投掷手在重心附近握住飞行器，助跑10～15m后，将无人机投掷到空中。助跑的目的是为了使无人机获得所需的起飞速度。投掷方向应选择在逆风方向上；飞行器尺寸小于3m，重量在十几千克以下；一人或两人控制，一人控制时身兼投掷手和飞控手双重职责，即投掷后立即转入用遥控器在视距内控制飞机；投掷时飞机应保持左右水平，机头略上抬，投掷用力方向与机体轴同向。机体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知空中发射：无人机由运输机、轰炸机、攻击机等大型经过改装且与无人机相匹配的母机携带至空中，在指定的空域，启动无人机的发动机，然后将无人机从空中发射出去。理论上，母机可将无人机带到任何需要的空域，方式简单易行，成功率高，且有效增大了无人机航程。分滑轨式发射和投放式发射；滑轨式发射时，轨道安装在母机上，无人机靠自身动力滑出轨道；投放式发射时，无人机一般采用半隐蔽方式悬挂在固定翼母机的机翼或机腹下部，若采用直升机作为母机，则在两侧携带；根据发动机启动时间，分为投放前启动和投放后启动。机体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知滑跑着陆：基本与有人机类似，不同之处有：（1）对跑道要求没有有人机苛刻；（2）有些起落架局部被设计得较脆弱，可着陆时撞地损坏，吸收能量；（3）有些无人机在机尾装有尾钩，着陆滑跑时，尾钩钩住地面拦截绳缩短着陆滑跑距离。滑跑着陆的控制比滑跑起飞要困难得多，正如有人机的离地容易着陆难；小型无人机一般采用目视遥控着陆方式，无人机需逆风并呈环形轨迹下降，经历进场、下滑、拉平、漂落和滑行等五个阶段；大中型无人机则通过飞行控制系统、导航定位/着陆系统、精确测高系统等，按照预定的程序和下滑曲线自主完成着陆动作。机体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知伞降回收：无人机利用机载的降落伞，按照预定程序或在操作手遥控指挥下到达回收区域上空，在发动机停车后自动可根据遥控指令适时开伞，降落在预定场地。回收伞应预先规范折叠并装入伞包，便于机载；无人机应有足够的载重和容积为伞包提供舱位；方形伞、平面圆顶伞、底边延伸伞、十字形伞（稳定性好，制造工艺简单，开伞动载较小，应用较多）等多种伞型可选。机体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知拦阻网回收：像用网捕捉鸟一样的方法回收无人机，研究最早始20世纪70年代末期。其过程是：无人机在操纵手的遥控下，降低高度，减小速度，同时拦阻网系统的引导装置引导无人机对准拦阻网。当无人机接触到拦阻网后，飞行能量由拦阻网能量吸收器吸收，速度很快减为零。无人机撞网回收是一种理想的精确定点回收方式，特别适合小型固定翼无人机在狭窄回收场地或舰船上使用，可以认为它是一种零距离回收方式。机体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知①

按机身数量不同单机身（常规）翼身融合多机身（2个）多机身（3个）多机身（5个）机体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知②

按机翼所处机身上下位置不同上单翼高单翼中单翼下单翼双层翼三层翼机体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知③

按气动布局不同常规布局鸭式布局无平尾布局大翼尖无尾布局飞翼气动布局机体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知④

按机翼/尾翼形状不同矩形翼梯形翼圆形翼三角翼双垂尾（T型）V型尾翼机体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知⑤

按主要材料不同KT板：一种由聚苯乙烯（ExpandedPolystyrene，缩写PS/EPS）EPS在外力的冲击下极易碎裂和产生碎屑,颗粒经过发泡生成板芯，经过表面覆膜压合而成的一种新型材料，板体挺括、轻盈、不易变质、易于加工。EPO发泡塑料：由30%的聚乙烯PE和70%的聚苯乙烯PS组成。PE组分主要分布在材料的外层，促进颗粒之间的塑化和结合，PS组分主要分布在材料的内部，对于泡粒结构具有良好的支撑作用。EPO最大程度的综合了PE和PS的有点，在冲击后不会产生碎裂，具有良好的抗冲击性。机体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知⑤

按主要材料不同EPP塑料发泡材料：具有十分优异的抗震吸能性能、形变后恢复率高，号称柔性泡沫，另外，其质量轻，可大幅度减轻物品重量。EPP还是一种环保材料，不仅可回收再利用，而且可以自然降解，不会造成白色污染。轻木结构：多用轻木，结合少量高强度木材、金属、塑料等材料，外部贴有塑料蒙皮。轻木机在结构上跟载人飞机相似，它从设计到制作到试飞改进，也都跟载人飞机的设计有着类似的流程。其强度和外形精准度都较泡沫机高。机体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知⑤

按主要材料不同复合材料结构：通常用玻璃钢或碳纤维材料，飞机外观光洁度高，外形精准度高，强度/密度较金属高，因此现在各种大中小型的军民飞机使用复合材料的比例越来越高。但其制作、维修工艺复杂。序号性能需求描述1质轻且强度高无人机飞行作业时要适应各种飞行环境和飞行条件，小型化、轻量化对无人机的性能和效率影响巨大。2耐腐蚀性碳纤维复合材料的化学稳定性高，不易受化学物质侵蚀，可在各种腐蚀环境下提高无人机寿命，降低维护和更换成本。3耐高温性碳纤维复合材料对温度变化的敏感度较低，不会产生蠕变和疲劳现象，连续长时间使用对飞行性能几乎没有影响。4抗电磁干扰碳纤维复合材料对电磁干扰的吸收能力较强，电磁干扰防护能力优于传统金属材料，可有效提高无人机的电磁兼容性。项目小结：①牢固建立“结构全系统”和“作业全流程”的理念。②副翼、升降舵和方向舵被称为常规布局固定翼无人机的主操纵面，副翼决定横滚运动，升降舵决定俯仰运动，方向舵决定偏航运动，理解这些是后续学习固定翼无人机飞行与操纵原理的基础。项目一系统综述与结构认知（4学时）③固定翼无人机在现阶段已类型繁多，基于新技术、新材料、新工艺的发展，其成本也在逐步下调，建议初学者从自身经济承受能力出发，入手合适机型，既能对结构进行全系统认知，又能为后续开展组装、调试和实际飞行健全学习和训练条件。④固定翼无人机的起降方式多种多样，都得到了一定程度的应用。但在院校条件下，受场地及空域限制，稍大一点的固定翼便难以进行实飞训练。本课程将选择微型航模和小型垂起固定翼进行飞行实训。课后作业：见教材项目一“习题”部分。项目一系统综述与结构认知（4学时）项目二飞行与操纵原理解读（8学时）机翼的翼型与几何参数的相关概念；低速气流的特性及相关定理；固定翼无人机升力产生原因与阻力类型；固定翼无人机的平衡与稳定及飞行操纵原理。准确描述机翼的翼型与几何参数的相关定义，理解各参数（技术指标）对飞行性能的影响；会利用连续性定理和伯努利定理解释固定翼飞机升力产生的原因，理解飞机失速的相关概念；掌握固定翼飞机的阻力类型及形成原因，了解升阻比的相关概念；概括固定翼飞机平衡、稳定、操纵的基本概念及三者之间的关联与约束。主要教学内容教学目标1机翼的翼型与几何参数翼型的定义弦

长相对厚度最大厚度位置1-1翼型及其特性参数相对弯度安装角定义：沿着与飞机对称面平行的平面在机翼上切出的剖面称为机翼的翼型，也称翼剖面。前缘：翼型最前端的一点；后缘：翼型最后端的一点；翼弦：前缘和后缘间的连线；前缘半径：前缘的曲率半径，即与前缘内切的内切圆半径。半径越大，前缘外形就越圆滑，越不容易失速，但飞行阻力也越大，适宜低速飞行（适用于无人机）。按几何形状，翼型可分为两类：①圆头尖尾的，用于低速、亚音速和跨音速飞机的机翼，以及低超音速飞行的超音速飞机机翼；②尖头尖尾的，用于超音速飞机机翼和导弹的弹翼。1机翼的翼型与几何参数翼型的定义弦

长相对厚度最大厚度位置1-1翼型及其特性参数相对弯度安装角平凸型：在构造和加工上比较方便，空气动力特性也不错，用于某些低速飞机。双凸型：升力、阻力特性较好，构造简单，广泛应用于活塞式发动机的飞机上。对称型：升力、阻力特性较好，构造简单，用于各种飞机的尾翼上。菱型：前端尖，高速阻力特性较好，多用于超音速飞机。层流翼型：一种为使翼表面保持大范围的层流，以减小阻力而设计的翼型。其最大厚度位置更靠后缘，前缘半径较小，上表面比较平坦，能使翼表面尽可能保持层流流动，从而可减少摩擦阻力。1机翼的翼型与几何参数翼型的定义弦

长相对厚度最大厚度位置1-1翼型及其特性参数相对弯度安装角连接翼型前缘和后缘两点的直线段的长度，通常用

b表示平均气动弦长：与实际机翼面积相等，气动力矩相同的当量矩形机翼的弦长，它在数值上等于机翼面积除以机翼的翼展。cmax翼型最大厚度与弦长之比，称为翼型的相对厚度，常用百分数表示。翼型的厚度是垂直于翼弦的翼型上下表面之间的直线段长度。（3～14%）xc翼型的最大厚度离开前缘的距离，通常也用弦长的百分数表示。（30～50%）1机翼的翼型与几何参数翼型的定义弦

长相对厚度最大厚度位置1-1翼型及其特性参数相对弯度安装角cmaxfmax翼型中线翼型中线是各翼型厚度中点的连线，它与翼弦之间的垂直距离，称为翼型的弯度，最大弯度与弦长的比值称为相对弯度。相对弯度为零，即为对称翼型。（0～2%）翼型弦线与飞机轴线之间的夹角，一般为0～4°xc1机翼的翼型与几何参数翼型的定义弦

长相对厚度最大厚度位置1-1翼型及其特性参数相对弯度安装角cmaxfmax翼型中线xc翼型编号之NACA翼型：美国国家航空咨询委员会（太空总署NASA前身）开发的一系列翼型，格式：NACA+XYZZ。其中：X—相对弯度，Y—最大厚度位置，ZZ—相对厚度。举例：NACA2412,即：2%，40%，12%。有了这个四位数就知道翼型的具体形状了！还有五位数、六位数的表示方法，请同学们查阅资料自行理解！1机翼的翼型与几何参数机翼平面形状机翼面积翼

展展弦比根梢比后掠角1-2机翼的几何参数机翼前视形状低速飞机高速飞机从飞机顶上向下看机翼在平面上的投影形状。1机翼的翼型与几何参数机翼平面形状机翼面积翼

展展弦比根梢比后掠角1-2机翼的几何参数机翼前视形状机翼平面形状所围的面积，称为机翼面积，用S表示。机翼两翼尖之间的距离，称为翼展，通常用

l

表示。l机翼翼展与机翼平均几何弦长b平均之比，称为机翼的展弦比λ。b平均＝S/l

b1b0机翼的翼根弦长(b0)与翼尖弦长(b1)之比，称为机翼的根梢比(梯形比)，用符号η表示。1机翼的翼型与几何参数机翼平面形状机翼面积翼

展展弦比根梢比后掠角1-2机翼的几何参数机翼前视形状机翼各翼型离开前缘1/4弦长点的连线与垂直于飞机对称平面的直线之间的夹角，称为机翼的后掠角，并用符号χ表示。现代高速飞机的后掠角χ＝35°～60°。机翼的前视形状可用机翼的上反角来说明。垂直与飞机对称平面的直线与机翼下表面（有的定义为与机翼翼弦平面）之间的夹角，称为机翼的上反角ψ。通常规定上反为正，下反为负。流

体定常流动与非定常流动流

场流

线流

谱流管与流束2低速气流的特性2-1基本概念气体和液体统称为流体，共同点是不能保持一定形状，且具有流动性，不同点在于气体可压缩。表征流体特性的物理量如速度、温度、压力、密度等称为流体的运动参数。根据运动参数随时间的变化，我们可以将流动分为定常流动和非定常流动。定常流动：运动参数只随位置，不随时间变化；非定常流动：运动参数不仅随位置而且随时间变化。流体所占据的空间称为流场，流场是分布流体运动参数的场（电场、磁场）。流线是流场中某一瞬间的一条空间曲线（假想曲线），线上每点流体微团的速度与曲线在该点的切线重合。低速定常流动时，流线实际上就是流体微团流动的路线。流线与电力线、磁类似。日常生活中烟囱出来的烟就显示了流线的形状。流

体定常流动与非定常流动流

场流

线流

谱流管与流束2低速气流的特性2-1基本概念所有流线的集合就是流线谱，简称流谱，流谱反映了流体流过物体时的流动情况，流谱密说明流速快。流谱的形状主要由物体的外形、物体与气流的相对位置决定。由许多流线所围成的管状曲面称为流管。由于流管表面是由流线所围成，所以在低速定常流动时，流体不能穿出或穿入流管表面，流管就像真实的管子一样。充满在流管中的流体，称为流束。2低速气流的特性2-2连续性定理低速定常流动的流体流过一流管时，流体将连续不断并稳定地在流管中流动，在同一时间内流过流管任意截面的流体质量相等。（质量守恒定律）——连续性方程【推论】流体低速定常流动时，截面积小的地方流速快，而截面积大的地方流速慢。（举例：河道宽窄影响水流快慢、穿堂风等）2低速气流的特性2-3伯努利定理低速定常流动时，流场中的任一点，气体的静压与动压之和为一常量，且等于其总压。（能量守恒定律）静压是气流流动时作用于管壁的压强。动压为气体流动时由流速产生的附加压强，或者说是单位体积流体所携带的动能，它并不作用于管壁上。总压是速度等于零时的静压。【推论】流体低速定常流动时，流速小的地方压强大，流速大的地方压强小。【连续性定理+伯努利定理】：S↑，V↓，P↑；S↓，V↑，P↓——伯努利方程3-1迎角的概念3飞机的升力和阻力相对气流方向与翼弦之间的夹角，称为迎角，也称攻角。根据气流指向不同，迎角可分为正迎角、负迎角和零迎角。气流指向下翼面时，迎角为正；气流指向上翼面时，迎角为负；气流方向与翼弦重合时，迎角为零。3-2机翼升力的产生3飞机的升力和阻力以具有向上迎角的平凸翼型为例：空气自机翼前缘分开后，在机翼上表面，流束变窄，流管截面积减小，流速增大，压强减小；而下翼面流速变化不大使压强基本不变。这样，机翼的上下表面就产生压力差，形成一种托举力（即为升力?）实际上，机翼上下表面的压强差形成是总空气动力R，其方向与翼弦垂直。R的垂直分量才称之为升力Y（托举力），升力的作用点称为焦点。而水平分量X则为飞机阻力的一种形式（压差阻力）。视频验证3-3升力公式3飞机的升力和阻力升力与翼型的关系：对称翼型：阻力系数比较小，但升阻比也小。双凸翼型：上弧线和下弧线都向外凸，但上弧线弯度比下弧线大，其升阻比比对称翼型的大。平凸翼型：下弧线是一条直线。其最大升阻比要比双凸翼型大。失速迎角小，很多具体指标上都要大大劣于双凸翼型，但易于加工。凹凸翼型：下弧线向内凹入。能产生较大升力，升阻比也比较大。失速迎角小、高速时阻力大，加工困难。S形翼型：中弧线象横放的S形。其力矩特性是稳定的，可用在没有水平尾翼的模型飞机上。说明：飞机上不但机翼会产生升力，还有平尾和机身都可以产生升力，其它暴露在气流中的某些部分都可以产生少许的升力。不过除了机翼以外，其它部分产生的升力都是很小的，所以通常用机翼的升力来代替整个飞机的升力。根据风洞实验和理论证明，机翼的升力公式为：——空气密度——机翼面积——相对速度——升力系统（翼型、迎角等）3-3升力公式3飞机的升力和阻力升力与迎角的关系：在一定范围内，迎角增加，升力增加；当迎角增加到一定程度时，升力不但不增加反而急剧下降，这种现象称之为失速。对应的迎角称之为临界迎角或失速迎角。由于迎角与飞行姿态有关，所以对飞机飞行姿态的保持极为重要！不管是低速飞行、高速飞行，还是转弯飞行，都有可能出现失速。失速根本原因就是迎角超过临界迎角！3-3升力公式3飞机的升力和阻力需要说明的是：失速本质上并非指飞机失去速度或速度不足，所以，导致失速的真正原因并不是升力的不足，而是迎角增加并超过失速迎角后造成气流分离、操纵失效，导致飞机失去稳定。飞机失速下坠后，轨迹呈螺旋状，大型飞机很难脱离这种状态，极易坠毁。容易出现失速的情况包括：低速机动、危险天气、弱动力飞行、非常规构型、人机耦合震荡等。出现失速现象后，飞行员应立即推杆减小迎角，恢复升力。待飞机获得速度后，再次转入正常飞行。展弦比与失速：在飞行器设计时，一般会让提供力矩的水平尾翼的展弦比较小，使其在失速时拥有较好的失速特性：如较大的攻角仍然能保持不失速，升力系数下降率较为平缓等；当主冀失速时还能有姿态控制的能力进而脱离失速。一般垂直尾翼展弦比小于水平尾翼展弦比，水平尾翼展弦比小于主翼展弦比。展弦比设计关系到飞行器性能。短面宽的机翼（低展弦比）型阻较小，适合高速无人机。而长航时无人机则多采用高展弦比，以降低诱导阻力，增加滑翔性能。3-3升力公式3飞机的升力和阻力地面效应与失速：地面效应（GroundEflect）也称为翼地效应或翼面效应，是一种使飞行器诱导阻力减小，同时能获得比空中飞行更高升阻比的流体力学效应。固定翼飞行器当离地距离低于翼展特别是小于半翼展时，升力将大增，地效明显。由于地面效应的存在，飞机在起降阶段的失速概率将大大增加。这是因为，当飞行器贴近地面或水面、在低于翼展的高度以下飞行时，由于地面效应，机翼下面的气流会被逐渐充塞（压缩），作用在整个机翼下面的压力明显增大，使升力陡然增大，如操作不当，极易导致失速迎角出现。3-3升力公式3飞机的升力和阻力与升力有关的二个概念：①驻点：空气与机翼前缘相遇的点，也是空气相对于机翼的速度减小到零的点。如果对称机翼相对来流旋转了一个迎角，驻点就会稍稍向前缘的下表面移动。②增升装置：有人机或大型无人机上使用，目的是为了在起飞或降落时增加机翼的升力，从而降低飞机的离地和接地速度，缩短起飞和降落滑跑的距离。目前经常使用的增升装置包括：后缘襟翼（简单襟翼、分裂襟翼、开缝襟翼、后退襟翼）；前缘襟翼和克鲁格襟翼；前缘缝翼。从空气动力学角度，它们的增升原理表现在：增大翼型弯度，以增加升力线斜率；增大机翼面积；延缓机翼上的附面层的气流分离，增大失速迎角。3飞机的升力和阻力3-4阻力类型及阻力公式按产生阻力的原因来分，低速飞机上的阻力有摩擦阻力、压差阻力、干扰阻力和诱导阻力，前三者合称废阻力，诱导阻力也称涡阻力；高速（超音速）飞机还会产生激波阻力等。摩擦阻力压差阻力干扰阻力诱导阻力总阻力当气流流过飞机表面时，由于空气存在粘性，空气微团与飞机表面发生摩擦，阻滞了气流的流动，由此产生的阻力就叫做摩擦阻力。摩擦阻力是在附面层（又称边界层）中产生的。所以其大小取决于空气的黏性、飞机的表面状况（光滑程度）、同气流接触的飞机表面积（浸润面积）小大、附面层中气流的流动情况。所谓附面层就是紧贴飞机表面、流速由外部气流的自由流速逐渐降低到零的那层薄薄的空气层。按空气的流动阶段可分为层流附面层、紊流附面层和尾迹三部分。3飞机的升力和阻力3-4阻力类型及阻力公式按产生阻力的原因来分，低速飞机上的阻力有摩擦阻力、压差阻力、干扰阻力和诱导阻力，前三者合称废阻力，诱导阻力也称涡阻力；高速（超音速）飞机还会产生激波阻力等。摩擦阻力压差阻力干扰阻力诱导阻力总阻力运动着的物体前后会形成压强差，压强差所产生的阻力被称为压差阻力。飞机的压差阻力是由于气流的分离而产生的。压差阻力同物体的形状，物体在气流中的姿态以及物体的最大迎风面积等有关，其中最主要的是同物体的形状有关。因此，减小压差阻力的主要措施：①尽量减小迎风面积；②加整流罩，采用流线体。物体上的摩擦阻力和压差阻力合起来叫做迎面阻力，对机翼则称为翼型阻力。一个物体，究竟哪一种阻力占主要部分，取决于物体的形状和位置。流线体，迎面阻力中主要是摩擦阻力。远离流线体的式样，压差阻力占主要部分，摩擦阻力则居次要位置，且总的迎面阻力也较大。3飞机的升力和阻力3-4阻力类型及阻力公式按产生阻力的原因来分，低速飞机上的阻力有摩擦阻力、压差阻力、干扰阻力和诱导阻力，前三者合称废阻力，诱导阻力也称涡阻力；高速（超音速）飞机还会产生激波阻力等。摩擦阻力压差阻力干扰阻力诱导阻力总阻力飞机各部件之间由于气流相互干扰而产生的一种额外阻力称为干扰阻力。气流流过翼-身连接处时，由于部件形状的关系，形成了一个气流的通道。A、B处压强大，C处压强小，这样会在C处形成气流阻塞，产生消耗动能的漩涡，能量消耗，额外阻力产生。可见干扰阻力和飞机不同部件之间的相对位置有关。因此，要减少干扰阻力，就必须妥善考虑和安排各个部件的相对位置，在这些部件之间加装整流片，使得连接处平滑过渡。实践证明，飞机的各个部件，如机翼、机身、尾翼等，单独放在气流中所产生的阻力的总和并不等于、而且往往小于它们组成一个整体时所产生的阻力，这就是整流的作用。3飞机的升力和阻力3-4阻力类型及阻力公式按产生阻力的原因来分，低速飞机上的阻力有摩擦阻力、压差阻力、干扰阻力和诱导阻力，前三者合称废阻力，诱导阻力也称涡阻力；高速（超音速）飞机还会产生激波阻力等。摩擦阻力压差阻力干扰阻力诱导阻力总阻力诱导阻力是机翼所独有的一种阻力，它是伴随升力的产生而产生的，因此可以说是为了产生升力而付出的一种“代价”。因为要产生升力，所以上翼面压强低，下翼面压强高，气流由下翼面的高压区绕过翼尖流到上翼面的低压区形成漩涡，出现气流下洗现象，诱导阻力产生。3飞机的升力和阻力3-4阻力类型及阻力公式按产生阻力的原因来分，低速飞机上的阻力有摩擦阻力、压差阻力、干扰阻力和诱导阻力，前三者合称废阻力，诱导阻力也称涡阻力；高速（超音速）飞机还会产生激波阻力等。摩擦阻力压差阻力干扰阻力诱导阻力总阻力下洗角和下洗速的理解：升力是气流作用到机翼上的力。根据作用和反作用定律，必然有一个反作用力即负升力（－Y），由机翼作用到气流上，它的方同向下，所以使气流向下转折一个角度ε，这一角度叫下洗角。随着下洗角的出现，同时出现了气流向下的速度。这一速度叫做下洗速（ω）。下洗速ω与气流原来相对速度v组成了合速度u。3飞机的升力和阻力3-4阻力类型及阻力公式按产生阻力的原因来分，低速飞机上的阻力有摩擦阻力、压差阻力、干扰阻力和诱导阻力，前三者合称废阻力，诱导阻力也称涡阻力；高速（超音速）飞机还会产生激波阻力等。摩擦阻力压差阻力干扰阻力诱导阻力总阻力因为

u的出现，升力也应当偏转一个角度ε，与u垂直成为Yi。而这时飞机仍沿原来V的方向前进，Yi既然不同原来的速度v垂直，必然在其上有一投影分力Xi，它的方向与飞机飞行方向相反，所起的作用是阻拦飞机的前进，实际上是一种阻力。这种阻力是由升力的诱导而产生的，因此叫做诱导阻力。它是由于气流下洗使原来的升力偏转而引起的附加阻力。3飞机的升力和阻力3-4阻力类型及阻力公式按产生阻力的原因来分，低速飞机上的阻力有摩擦阻力、压差阻力、干扰阻力和诱导阻力，前三者合称废阻力，诱导阻力也称涡阻力；高速（超音速）飞机还会产生激波阻力等。摩擦阻力压差阻力干扰阻力诱导阻力总阻力摩擦阻力、压差阻力、干扰阻力和诱导阻力组成低速飞机在每个速度下的总阻力。在涡阻力（InducedDrag）等于废阻力（ParasiteDrag）的地方，阻力达到最小值。由于在给定飞行器质量的水平飞行中，升力是个常数，在曲线上最小阻力点处就是飞行器的最大升阻比出现的位置。总阻力公式，式中各参数含义同升力公式3飞机的升力和阻力3-5关于升阻比升阻比：飞行器在同一迎角时的升力和阻力之比，也被认为是升力系数和阻力系数的比值。升阻比与飞机迎角、飞行速度等参数有关，这个值越大表示飞行器的空气动力性能越好。因为：升力是用来克服重力的，因此升力越大，能提起离开地面的质量越大。为了保持速度不变，阻力必须由发动机提供的推力来平衡。因此阻力越小，发动机所需要的功率也就越小。所以，升阻比最大时，飞机的气动效率将是最高的。此时的飞行迎角称为有利迎角。从零升迎角到有利迎角，升力增加较快，阻力增加缓慢，升阻比增大；从有利迎角到临界迎角，升力增加缓慢，阻力增加较快，升阻比较小。超过临界迎角，压差阻力急剧增大，升阻比急剧减小（失速）。3飞机的升力和阻力3-5关于升阻比对一般的飞机而言，低速和亚音速飞机的升阻比可达17～18，跨音速飞机可达10～12，马赫数为2的超声速飞机约为4～8。可见，速度越大，升阻比越小。当飞机以一定的构型和速度（或马赫数）在一定的高度上飞行时，把不同迎角α所对应的的升力系数CL、阻力系数CD绘制在同一坐标系上，所得到的的曲线称为飞机的极曲线。过原点作极曲线的切线，就得飞机（或机翼）的最大升阻比，显然这是飞机最有利的飞行状态。4-1飞机的空间运动

4飞机的稳定与操纵飞机在空中的运动，无论多么错综复杂，总可以分解为：飞机各部分随飞机重心一起的移动（轨迹运动）和飞机各部分绕飞机重心一起的转动（姿态运动）。所谓重心就是飞机重力的着力点，而重力则是飞机各部件、燃料、乘员、货物等所有重力的合力。4-1飞机的空间运动

4飞机的稳定与操纵轨迹运动：飞机各部件随飞机重心一起的移动。轨迹运动用大地坐标系来描述，此时，飞机相对大地坐标系的关系可用H、L、Z

或ρ、α、H（极坐标）三个参数来表示。轨迹运动的最终结果是一条航线所形成的轨迹，而航线则是根据飞机（无人机）的作业任务在事先规划好了的，表现在导航地图上就是从此处到彼处的一个点的轨迹，所以，轨迹运动与无人机的导航系统有关。

姿态运动：飞机各部件绕飞机重心的转动。姿态运动是用机体坐标系来描述的，坐标系的原点是飞机的重心，三个坐标轴分别是飞机的纵轴（X轴）、横轴（Z轴）、立轴（Y轴），所以姿态运动也可以说成是三轴运动，或者看成是绕三个轴运动的合成。4-1飞机的空间运动

4飞机的稳定与操纵俯仰运动：绕横轴的运动，也称为纵向运动，运动的程度用俯仰角θ来描述，通过操纵水平尾翼的升降舵来实现。俯仰角：机体坐标系

X轴与水平面的夹角。飞机抬头为正，低头为负。偏航运动：绕立轴的运动，也称为航向运动，运动的程度用偏航角ψ来描述，通过操纵方向舵来实现。偏航角：机体轴OX在地面上的投影与地轴间的夹角，以机头右偏航为正，反之为负。滚转运动：绕纵轴的运动，也称倾斜运动，运动的程度用滚转角Φ来描述，通过操纵副翼来实现。倾斜角：指机体轴OZ轴与包含机体轴OX的铅垂面间的夹角，飞机向右倾斜时为正，反之为负。4-1飞机的空间运动

4飞机的稳定与操纵可见，飞机的空间运动实际是姿态运动和轨迹运动的合成，而且是由姿态运动来改变轨迹运动以满足航线飞行的要求。因此，飞机的空间运动主要由H、L、Z、θ、ψ

和Φ

六个参数来描述，这也就是我们通常所说的飞机空间运动的六个自由度的概念。飞机（有人机或无人机）驾驶员只有随时知道这六个参数，才能稳定正确地操纵飞机。而飞机的平衡、稳定与操纵主要是飞机的姿态运动，所以只涉及俯仰、方向和横侧三种运动。飞机的姿态运动正是通过驾驶员操纵升降舵、方向舵和副翼来改变这三个角度得以实现。对无人机而言，姿态运动则通过机载飞控机和执行机构（舵机）来实现！这是无人机飞控系统的主要功能。4飞机的稳定与操纵4-2飞机的平衡与稳定

牛顿运动定律关于平衡关于稳定飞机的平衡飞机的稳定速度与加速度：速度表示物体运动的快慢，而加速度则表示速度的变化快慢！确切地说，加速度是速度变化量与发生这一变化所用时间的比值Δv/Δt，加速度通常用

a表示，单位是m/s2。加速度是矢量，方向与物体所受合外力的方向相同。牛Ⅰ定律：物体在不受外力作用时，总保持静止或匀速直线运动状态。此时，加速度为零。牛Ⅱ定律：物体的加速度与其所受的合外力成正比，与物体的质量成反比，加速度的方向与合外力的方向相同。即：F=Ma。可见，决定加速度的因素是物体所受合力和物体的质量！牛Ⅲ定律：作用在两个物体上的一对作用力方向相反、大小相等，且作用在同一直线上，也称作用力和反作用力定律。总结：物体受力→产生加速度→引起速度变化→改变运动状态。所以力是改变物体运动状态的唯一因素！正因为如此，判断飞机的姿态运动时，必须要考虑飞机的受力情况。4飞机的稳定与操纵4-2飞机的平衡与稳定

牛顿运动定律关于平衡关于稳定飞机的平衡飞机的稳定平衡实际上是物体的一种状态，物体相对与地面保持静止、匀速直线运动或匀速转动的状态叫物体的平衡状态，简称物体的平衡。保持平衡的条件：①共点力平衡：作用在物体上的合外力为零，此时加速度也为零；②转动平衡：作用在物体上所有外力的合力矩为零，此时角加速度也为零。所以物体的平衡状态通常是从“作用力的平衡”和“力矩的平衡”两个方面来加以考虑。我们在物理学中描述物体的运动方程时，通常就是在物体平衡时，从这两个方面来列方程解题的。4飞机的稳定与操纵4-2飞机的平衡与稳定

牛顿运动定律关于平衡关于稳定飞机的平衡飞机的稳定稳定是由平衡的概念引申而来，让我们先从小球的稳定说起（刚开始都是平衡的）……当圆球受到轻微的外力扰动而偏离原来的平衡状态，在扰动取消后，圆球能够自动恢复到原平衡位置，这种情况叫稳定。在扰动取消后，圆球将沿弧形坡道滚下，离原平衡位置越来越远，不能恢复到原状态，这就叫不稳定。在扰动取消后，就停在扰动消失位置，既不继续偏离原平衡位置，也不会自动地恢复到原位置，这种情况称为随遇稳定或中立稳定。由平衡进入稳定是有条件的！悬摆之所以具有稳定性，其原因有二：一是摆锤重力W的分力W2对摆轴构成一个力矩，使摆锤具有自动恢复原平衡位置的趋势，此为稳定力矩；二是上作用于摆锤的空气阻力对摆轴也构成一个力矩，阻止摆锤摆动，此为阻尼力矩。阻尼力矩方向与摆锤摆动方向始终相反，所以摆锤摆幅越来越小，最后完全消失，回到原来的位置上。4飞机的稳定与操纵4-2飞机的平衡与稳定

牛顿运动定律关于平衡关于稳定飞机的平衡飞机的稳定飞机在空中作匀速直线飞行时，升力Y等于重力G，拉力P等于阻力Q，各个力互相抵消。同时力矩A等于力矩B，各个力矩也互相抵消，那么这架飞机也就处于平衡状态。可见，平衡不仅仅只是静止（静平衡）状态，也可以是运动（动平衡）状态。所以，当外力和外力矩均为零时，飞机肯定处于平衡状态。由于平衡是姿态运动的一种状态，所以飞机的平衡包括：相对横轴(OZ轴)的俯仰平衡、相对立轴(OY轴)的方向平衡、相对纵轴(OX轴)的横侧平衡。4飞机的稳定与操纵4-2飞机的平衡与稳定

牛顿运动定律关于平衡关于稳定飞机的平衡飞机的稳定飞机的俯仰平衡是指作用于飞机的各俯仰力矩之和为零，各外力合力为零，而迎角不变。此时，飞机处于匀速爬升状态。俯仰力矩主要有:①机翼产生的俯仰力矩②水平尾翼产生的俯仰力矩③拉力（或推力）产生的俯仰力矩当这些力矩的合力矩为零时，飞机就保持目前的爬升状态，我们说飞机是俯仰平衡的。方向平衡和横侧平衡可由学生课堂讨论并给出正确描述！4飞机的稳定与操纵4-2飞机的平衡与稳定

牛顿运动定律关于平衡关于稳定飞机的平衡飞机的稳定飞机在空中作匀速直线飞行时，飞机是平衡的。倘若飞机受到一个小的外力干扰（例如突然吹来一阵风），破坏了它的平衡。在外力取消后，驾驶员不加操纵，飞机靠自身某个构件产生的力矩，就能恢复到原来的飞行状态，这架飞机就是稳定的；否则就是不稳定的。如果始终保持一定的偏离，或者转入另一种平衡状态，那么，这架飞机就是中立稳定。说明1：和单摆一样，飞机的稳定也需要稳定力矩和阻尼力矩，且自行出现而非人为施加（舵面锁死），所以，飞机的稳定性是飞机本身应具有的一种特性，或者说在飞机设计时就已经考虑到了。说明2：稳定同样是飞机姿态运动的一种表现，所以有俯仰稳定、方向稳定、横侧稳定三种描述。固定翼！固定翼！固定翼！4飞机的稳定与操纵4-2飞机的平衡与稳定

牛顿运动定律关于平衡关于稳定飞机的平衡飞机的稳定俯仰稳定（纵向稳定）：绕横轴的稳定情况。外力干扰，迎角变大或变小，飞机抬头或低头。能靠飞机本身的机构（副翼）产生一个力矩，使它恢复到原来平衡飞行状态，我们就说这架飞机是纵向稳定的，否则就是纵向不稳定的。如果它既不恢复，也不远离，总是上下摇摆，就叫做纵向中立稳定。俯仰稳定中的俯仰力矩来自于飞机的水平尾翼。倘若一阵风从下吹向机头，迎角增大，飞机抬头。由于惯性的作用，飞机仍要沿原来的方向向前冲一段距离。这时水平尾翼的迎角也跟着增大。在相对气流的作用下，产生了一个向上的附加力

f，这个力相对于飞机重心O，产生了一个低头力矩M1，使飞机低头。经过短时间的上下摇摆，飞机就可恢复到原来的平衡状态。4飞机的稳定与操纵4-2飞机的平衡与稳定

牛顿运动定律关于平衡关于稳定飞机的平衡飞机的稳定注意：无论是抬头还是低头力矩，都是对飞机重心而言的，所以影响俯仰稳定的重要因素有：迎角、飞机的水平尾翼、飞机的重心位置。而迎角在俯仰稳定中又是通过焦点的概念来予以描述。所谓焦点，就是飞机迎角改变时附加升力的着力点，可直接看成是升力的着力点。只有其位置在飞机的重心之后飞机才具有俯仰稳定性，焦点距离重心越远，俯仰稳定性越强。重心和焦点之间的距离被定义为飞机的静稳定裕度（又称静稳定度）。裕度越大，稳定性就越强，但操纵性可能会减弱！这就提示我们：搭载任务载荷时，无人机可以通过在限制范围内增加或减少头部或尾部的配重调整飞行平台固有的稳定性。配重的任何变化都将需要新的升降舵配平以维持水平飞行。4飞机的稳定与操纵4-2飞机的平衡与稳定

牛顿运动定律关于平衡关于稳定飞机的平衡飞机的稳定方向稳定和横侧稳定可参照俯仰稳定自行理解，但需强调：①方向稳定力矩由侧滑中垂尾产生，横侧稳定力矩主要由侧滑中机翼的上反角和后掠角产生。②飞机的侧滑飞行是一种既向前又向侧方的运动，侧滑时，相对气流从飞机侧方吹来，相对气流方向和飞机对称面之间就有一个侧滑角β。相对气流从左前方吹来叫左侧滑，相对气流从右前方吹来叫右侧滑。③飞机的方向稳定性与横侧稳定性是相互耦合的。飞机的横侧稳定性过强而方向稳定性过弱易产生明显的飘摆现象，称为荷兰滚。飞机的横侧稳定性过弱而方向稳定性过强，在受扰产生倾斜和侧滑后，易产生缓慢的螺旋下降。4飞机的稳定与操纵4-2飞机的平衡与稳定

牛顿运动定律关于平衡关于稳定飞机的平衡飞机的稳定三种飞行平台的稳定性比较首先，固定翼是自稳定系统，即在发动机稳定工作之后，不需要怎么控制，就能自己抵抗气流的干扰保持稳定。此外对于飞行器姿态控制来说，固定翼是完整驱动系统，意思是它在任何情况下可以通过操纵舵面调整到任何姿态，并且保持住这个姿态(失速除外！)。所以说，固定翼无人机的自稳定性和完整驱动性是其自身固有的特性，在飞行器的设计和制造等环节就已经考虑到了！4飞机的稳定与操纵4-2飞机的平衡与稳定

牛顿运动定律关于平衡关于稳定飞机的平衡飞机的稳定三种飞行平台的稳定性比较其次，直升机是不稳定系统，如果不施加控制，一阵风就吹翻了。但直升机却是完整驱动系统，可以自由调整姿态。这是因为直升机桨面不但可以产生相对机身向上的推力，也可以产生相对机身向下的推力。而且直升机没有失速问题，什么时候都能调整姿态。所以直升机虽然不稳定、很难控制好，但是姿态翻了的时候完全可以控制回到正常的姿态。直升机的完整驱动性来源于其操纵系统中的自动倾斜器，它是操纵系统中最复杂的部件，作用改变旋翼桨叶总距和周期变距来实现对直升机的操纵。4飞机的稳定与操纵4-2飞机的平衡与稳定

牛顿运动定律关于平衡关于稳定飞机的平衡飞机的稳定三种飞行平台的稳定性比较最后，多旋翼是不稳定系统，也不是完整驱动系统（或者叫欠驱动系统）。它的桨只能产生相对机身向上的升力。所以它不稳定、很难控制好，飞行器翻过来之后基本没办法控制回来，“炸”机也就在所难免了。解决多旋翼操纵难题的最好方法，是利用自动控制器（飞控）来控制飞行器的姿态，而控制姿态的前提则是需要通过惯性导航系统来获取姿态及位置信息。可惜的是，在20世纪90年代之前，惯性导航系统因体积重量过大而无法在多旋翼中使用。之后，随着微机电系统（MEMS,Micro-Electro-MechanicalSystem）研究的成熟，重量只有几克的MEMS惯性导航系统被开发运用，使制作多旋翼飞行器的自动驾驶仪成为现实，多旋转翼无人机开始引领民用无人机发展潮流。4飞机的稳定与操纵4-3飞机的操纵性

所谓飞机的操纵性，通常是指飞机在飞行员通过操纵升降舵、方向舵和副翼改变其飞行状态的特性。操纵性的主要研究内容：飞行状态的改变与杆舵行程和杆舵力大小之间的基本关系，飞机反应快慢，以及影响因素等（理论深）。操纵动作简单、省力、飞机反应快，操纵性是好的。反之，操纵动作复杂、笨重、飞机反应慢，操纵性是不好的。不能操纵的飞机是不能上天飞行的。飞机的操纵其目的是改变飞机的姿态运动，进而实现其轨迹运动，所以，飞机的操纵同样存在俯仰、方向和横侧三种操纵形式。俯仰操纵：升降舵，上偏→飞机抬头；下偏→飞机低头。方向操纵：方向舵，左偏→飞机左偏航；右偏→飞机右偏航。横侧操纵：副翼，左上右下→飞机左倾；左下右上→飞机右倾。4飞机的稳定与操纵4-3飞机的操纵性

升降舵偏转角：用δy

表示，规定升降舵后缘下偏为正。δy

正向偏转产生的俯仰力矩M为负值，即低头力矩。方向舵偏转角：用δz

表示，规定方向舵后缘向左偏转为正。δz

正向偏转产生的偏航力矩N为负值，飞机向左偏转。副翼偏转角：用δx

表示，规定右副翼后缘下偏（左副翼随同上偏）为正。δx

正向偏转产生的滚转力矩L为负值，飞机向左倾斜。4飞机的稳定与操纵4-3飞机的操纵性

爬升受力：从水平飞行到爬升的转换期间，升力的变化发生在升降舵拉起的一开始。飞机头的抬升增加了迎角，短暂地增加了升力。此时的升力大于重力，飞机开始爬升。当稳定爬升后，迎角和升力再次恢复到水平飞行时的值。所以，处于稳定爬升状态的机翼升力和相同空速时水直飞行的升力是一样的。换句话说，如果爬升时功率不变，空速一般会降低，这是因为重力的一个分量变成了阻力，导致总阻力增加。进一步分析：若要保持爬升时空速与平飞时一致，则需增大发动机功率。功率大小依赖于爬升角度。如果爬升的航迹很陡峭，那么可用功率将不足，空速较低。所以剩余功率的大小确定了飞机的爬升性能。4飞机的稳定与操纵4-3飞机的操纵性

转弯受力：飞机转弯一般伴随着机体倾斜，导致升力倾斜。升力的水平分量指向转弯中心形成向心力，飞机从直线航迹拉动到转弯航迹；垂直分量小于重力，故应增大迎角以保持飞行高度。但迎角增大又导致阻力增加，故需增大发动机推力以保持空速。项目小结：①补充几个相关概念：项目二飞行与操纵原理解读（8学时）右拉角(发动机安装时)：由于发动机带动螺旋桨逆时针旋转，会对机身产生一个顺时针的反扭力，会造成飞机横滚偏转，将发动机向右偏一定角度就能克服反扭力。下拉角(发动机安装时)：由于飞机升力源于翼型，但升力过大会使飞机在飞行过程中不断抬头上升，最终失速坠机。将发动机向下偏一定角度可消去多余升力。压力中心：指机翼升力的集中点。压力中心的位置并不是固定的，飞机抬头爬升时迎角加大，压力中心前移；飞机俯冲迎角减小时，压力中心后移。气动中心：指在一定雷诺数下，当翼型迎角改变时，翼型所受到的空气动力对于此点的合力矩不变，那么这一点就称为该翼型在当前雷诺数下的气动中心（aerodynamiccenter），又称作焦点。项目小结：②翼型和机翼的各几何参数，对机翼的气动特性影响很大，特别是机翼面积、展弦比、梯形比、后掠角及相对厚度这五个参数，对机翼的空气动力特性有重大影响，如何合理地选择这些参数，以保证获得良好的空气动力特性，是无人机设计中的一项重要任务。翼型的形状与机翼的平面形状是两个不同的概念！。项目二飞行与操纵原理解读（8学时）③机翼的后掠角主要用于减缓跨声速和超声速流的不利影响，可以改善飞行器的稳定性。具体如下：1）低速情况下，大展弦比平直翼，其升力系数大，诱导阻力小；2）高亚音速情况下，后掠翼可以延缓激波的生成和减弱激波强度，减小波阻；3）超音速飞行时，由于激波的存在，采用小展弦比机翼较好。根据上述理论，一般将机翼分为平直翼、后掠翼和三角翼。1）平直翼，指机翼的后掠角等于或接近于0，展弦比约为6-12，相对厚度较大（约为0.2）的机翼；2）后掠翼指后掠角大于25度的机翼；3）三角翼指后掠角为60度左右，后缘基本上平直的机翼。展弦比2左右，相对厚度0.03-0.05。项目小结：④连续性定理和伯努利定理是解释机翼上空气动力产生的理论根据，其适用范围是低速、不可压缩、定常流动。项目二飞行与操纵原理解读（8学时）⑤升力和阻力是固定翼无人机上的主要空气动力，升阻比是飞行器空气动力性能的标志参数，失速的真正原因是迎角超过临界迎角。希望读者能对本项目中的升力特性曲线、阻力特性曲线、总阻力曲线、升阻比曲线和极曲线等多个插图学会融会贯通，这对理解相关空气动力学概念，进而更好地操纵固定翼无人机大有裨益。⑥飞机的操纵与稳定也有着密切联系，在安排上往往是互相矛盾的。很稳定的飞机操纵往往不灵敏，操纵很灵敏的飞机往往又不稳定，因此，必须使得两方面调配得当，使两者均达到要求。此外，对于不同的飞机，应有不同的要求。例如歼击机，操纵应该很灵敏；稳定方面差一点，没有太大的关系。相反，对于旅客机，应该在稳定方面要求高一些，在操纵方面则不一定如此。⑦横向操纵和方向操纵与横侧稳定和方向稳定一样，有着密切的联系。例如飞机要转弯，不但要操纵方向舵，改变飞机方向，还要操纵副翼使飞机向转弯的一侧倾侧，二者密切配合，才能把转弯动作做好。课后作业：见教材项目二“习题”部分。项目三航模组装与放飞（实训32学时）航模概念及机体组装（4学时）；航电设备安装（舵机、动力、遥控器、起落架等，8学时）；固定翼航模模拟飞行训练（8学时）；固定翼航模飞行实训（12学时）。正确识别固定翼航模各组成部件，能说出各部件对应的功能；复述航模组装的正确步骤和方法工艺，养成严谨求实、精益求精的工匠精神；能正确完成固定翼航模飞行前的各项调试及准备工作，确保飞机无故障升空；能撰写飞行训练计划，归纳飞行实训中的操作要领和注意事项，让你的航模飞出精彩。主要实训内容训练要求与目标1航模概念及机体组装航模的定义航模的分类航模竞赛项目主要航模赛事1-1航空模型运动简介航模与无人机的区别一种重于空气的，有尺寸限制的，带有或不带有发动机的，不能载人的航空器。其技术要求是：最大飞行重量（含燃料）为25Kg；最大升力面积500m2；最大的翼载荷100g/m2；活塞式发动机最大工作容积250ml。注意：航空模型指的是能在空中飞行的模型飞机，而不能飞行的、以某种飞机的实际尺寸按一定比例制作的模型则叫做飞机模型。所以，“模型飞机”和“飞机模型”是两个不同的概念！1航模概念及机体组装航模的定义航模的分类航模竞赛项目主要航模赛事1-1航空模型运动简介航模与无人机的区别按飞行平台/飞行方式：固定翼、直升机、多旋翼等。按动力类型：电动式、活塞、喷气发动机、橡筋动力模型飞机和无动力滑翔机等。按竞赛项目：自由飞行（F1）、线操纵（F2）、无线电遥控（F3）、象真模型（F4）和电动（F5）等。自由飞：模型飞机在起飞后，运动员与模型没有直接或间接的物质联系，飞行姿态和轨迹完全是由预先对它各个部位的调整而决定的。模型飞机在空中飞行没有任何约束，因此称为自由飞行。线操纵：装有推进器(活塞或喷气发动机)的航空模型,运动员通过一根或几根钢丝或钢索操纵，达到改变飞行姿态与高度。这种模型飞机的全部飞行是围绕着运动员作圆周飞行的，故刀称为线操纵圆周飞行。无线电遥控：运动员通过无线电遥控设备操纵各个舵面，改变其姿态、航向、高度和速度，以完成规定的特技动作或飞行。象真机：以载人真机为原型设计而来，操作难度一般很大。1航模概念及机体组装航模的定义航模的分类航模竞赛项目主要航模赛事1-1航空模型运动简介航模与无人机的区别主要赛道（考核指标）：留空时间、飞行速度、飞行距离、特技、“空战”等，世界锦标赛按竞赛项目设有20余个赛项，一般每隔一年举办一次。F1A牵引模型滑翔机F1B橡筋动力模型F2B特技模型F2D空战模型F3A发动机特技模型F3C直升机模型F4B线操纵象真机F5B电动滑翔机1航模概念及机体组装航模的定义航模的分类航模竞赛项目主要航模赛事1-1航空模型运动简介航模与无人机的区别①

全国航空航天模型锦标赛：由国家体育总局航管中心、中国航空运动协会等共同主办，是国内高级别航空航天模型比赛之一，同时也是世锦赛的选拔赛。比赛设置遥控电动滑翔机、遥控火箭助推滑翔机、橡筋动力室内飞机、伞降火