无人机结构与系统课件：固定翼无人机的结构及飞行原理

固定翼无人机的结构及飞行原理

结构组成固定翼无人机大部分由机身、机翼、尾翼、起落架和发动机组成，如图1-27所示。1.4.1结构组成1.机身

这种机身虽然强度和冲击性较好，但刚度不好，特别是抗扭特性较差和有效容积率较小。（1）构架式1.4.1结构组成1.机身

这种机身具有结构简单、气动外形光滑及内部空间可全部利用的优点，但因为机身的相对载荷较小，而且机身不可避免要大开口，会使蒙皮材料利用率不高，因开口补强增重较大。所以这种形式的机身实际上用得很少。（2）硬壳式图1-29硬壳式机身

从桁梁式机身的受力特点可以看出，在桁梁之间布置大开口不会显著降低机身的抗弯强度和刚度。虽然因大开口会减小结构的抗剪强度和刚度而必须补强，但相对桁条式和硬壳式结构的机身来说，同样的开口，桁梁式的机身补强引起的重量增加较少。因此这种形式的机身便于开较大的舱口。（3）半硬壳式1）桁梁式机身图1-30桁梁式机身1.4.1结构组成

（3）半硬壳式2）桁条式机身图1-31桁条式机身主要由桁条、隔框和蒙皮组成，如图1-31所示。桁条和蒙皮较强，是承受机身力的主要部件。1.4.1结构组成2.机翼（1）纵向骨架

1)翼梁：是最主要的纵向构件，是机翼主要受力部件。

2)纵墙：与翼梁十分相像，二者的区别在于纵墙的缘条很弱并且不与机身相连，其长度有时仅为翼展的一部分。

3)桁条：铆接在蒙皮内表面，支持蒙皮以提高其承载能力，并共同将气动力分布载荷传给翼肋。通常用铝合金挤压或板材弯制而成。

1.4.1结构组成2.机翼（2）横向骨架

1)普通翼肋：其作用是将纵向骨架和蒙皮连成一体，把由蒙皮和桁条传来的空气动力载荷传递给翼梁，并保持翼剖面的形状。

2)加强翼肋：除了具有普通翼肋功能外，还能承受集中载荷，因此，它的腹板较厚或用支柱加强。1.4.1结构组成（3）蒙皮3.尾翼尾翼是固定翼无人机的重要部件之一。尾翼由垂直尾翼和水平尾翼组成。在垂直尾翼上可活动的表面称为方向舵，在水平尾翼上可活动的表面称为升降舵，如图1-34所示。还有一种尾翼不需要升降舵，在中央的铰链点安装一片水平尾翼，铰链轴是水平的，这种类型的尾翼称为全动式水平尾翼，如图1-35所示。1.4.1结构组成4.起落架1.4.1结构组成滑撬式滑板式浮筒式机轮式1.4.2飞行原理1.飞机飞行时受到的作用力飞机在飞行时会受到4个基本的作用力：升力（lift）、重力（weight）、推力（thrust）与阻力（drag），如图1-36所示。(1)升力1.4.2飞行原理提问:当飞机在匀速下降准备降落时,升力和重力是否相等？牛顿三大运动定律第一定律：除非受到外来的作用力，否则物体的速度(v)会保持不变。没有受力即所有外力合力为零，当飞机在天上保持等速直线飞行时，这时飞机所受的合力为零，与一般人想象不同的是，当飞机降落保持相同下沉率下降，这时升力与重力的合力仍是零，升力并未减少，否则飞机会越掉越快。13对高速飞机来说，如何在起飞和着陆阶段的低速情况下获得足够的升力就成了一大难题。由于迎角与升力成正比，因此增大飞机的迎角可以使升力增加，然而对现代的超音速飞机而言，即使迎角达到极限，升力仍然不够。如果不采取适当措施，则必须加大起飞和降落时的速度，才能获得足够的升力。这样做的后果是不仅使滑跑距离增长，而且也不安全。解决这个问题的措施就是在机翼上采用增升装置。

增升装置用于增大飞机的最大升力系数，从而缩短飞机在起飞着陆阶段的地面滑跑距离。14主要增升装置包括：前缘缝翼leadingedgeslats后缘襟翼trailingedgeflap前缘襟翼Leadingedgeflap增升装置介绍-前缘缝翼前缘缝翼是安装在基本机翼前缘的一段或者几段狭长小翼，是靠增大翼型弯度来获得升力增加的一种增升装置。下面用前缘缝翼的一个剖面来看看它的工作原理（如图所示）。前缘缝翼延缓机翼的气流分离现象，以提高临界迎角和最大升力系数。前缘缝翼打开时，气流分离被推迟打开合闭气流分离气流分离减少增升装置介绍-前缘缝翼在前缘缝翼闭合时（即相当于没有安装前缘缝翼），随着迎角的增大，机翼上表面的分离区逐渐向前移，当迎角增大到临界迎角时，机翼的升力系数急剧下降，机翼失速。当前缘缝翼打开时，它与机翼前缘表面形成一道缝隙，下翼面压强较高的气流通过这道缝隙得到加速而流向上翼面，增大了上翼面附面层中气流的速度，降低了压强，消除了这里的分离旋涡，从而延缓了气流分离，避免了大迎角下的失速，使得升力系数提高。前缘缝翼打开时，气流分离被推迟打开合闭增升装置介绍-前缘缝翼因此，前缘缝翼的作用主要有两个：一是延缓机翼上的气流分离，提高了飞机的临界迎角，使得飞机在更大的迎角下才会发生失速；二是增大机翼的升力系数。其中增大临界迎角的作用是主要的。这种装置在大迎角下，特别是接近或超过基本机翼的临界迎角时才使用，因为只有在这种情况下，机翼上才会产生气流分离。增升装置介绍-前缘缝翼前缘缝翼有固定式和自动式两种：固定式前缘缝翼：固定式前缘缝翼直接固定在机翼前缘上，与基本机翼之间构成一条固定的狭缝，不能随迎角的改变而开闭。它的优点是结构简单，但在飞行速度增加时，所受到的阻力也急剧增大，目前应用不多，只有在早期低速飞机上使用。自动式前缘缝翼：自动式前缘缝翼用滑动机构与机翼相连，它可以根据迎角的变化而自动开闭。在小迎角情况下，空气动力将它压在基本机翼上，处于闭合状态；当迎角增大到一定程度，机翼前缘的空气动力变为吸力，将前缘缝翼自动吸开。自动式前缘缝翼的优点是显而易见的，目前应用十分广泛。自动式前缘缝翼机翼本身缝翼打开操纵机构缝翼合闭固定式前缘缝翼缝翼机翼本身增升装置介绍–

后缘襟翼在机翼上安装襟翼可以增加机翼面积，提高机翼的升力系数。襟翼的种类很多，常用的有简单襟翼、分裂襟翼、开缝襟翼和后退襟翼等等。一般的襟翼均位于机翼后缘。当襟翼下放时，机翼面积增大，升力增大，同时阻力也增大，因此一般用于起飞和着陆阶段，以便获得较大的升力，减少起飞和着陆滑跑距离。后缘襟翼后缘襟翼已放出增升装置介绍–

后缘襟翼襟翼分类：简单襟翼、分裂襟翼、开缝襟翼、后退襟翼简单襟翼：简单襟翼的形状与副翼相似，其构造简单。简单襟翼在不偏转时形成机翼后缘的一部分，当放下（即向下偏转）时，相当于增大了

机翼的弯度，从而使升力增大。当它在着陆偏转

50～60度时，大约能使升力系数增大65％～75％。分裂襟翼：也称为开裂襟翼，象一块薄板，紧贴于机翼后缘下表面并形成机翼的一部分。使用时放下(即向下旋转)，在后缘与机翼之间形成一个低压区，对机翼上表面的气流有吸引作用，使气流流速增大，从而增大了机翼上下表面的压强差，使升力增大。除此之外，襟翼下放后，增大了机翼翼型的弯度，同样可提高升力。这种襟翼一般可把机翼的升力系数提高75％～85％。简单襟翼机翼机翼分裂襟翼21TB200的简单襟翼增升装置介绍–

后缘襟翼襟翼分类：简单襟翼、分裂襟翼、开缝襟翼、后退襟翼开缝襟翼：它是在简单襟翼的基础上改进而成的。除了起简单襟翼的作用外，还具有类似于前缘缝翼的作用，因为在开缝襟翼与机翼之间有一道缝隙，下面的高压气流通过这道缝隙以高速流向上面，延缓气流分离，从而达到增升目的。开缝襟翼的增升效果较好，一般可使升力系数增大85％～95％。后退襟翼：在下放前是机翼后缘的一部分，当其下放时，一边向下偏转一边向后移动，既加大了机翼的弯度，又增大了机翼面积，从而使升力增大。此外它还有开裂襟翼的效果。这种襟翼的增升效果比前三种的增升效果都好，一般可使翼型的升力系数增加110％～140％。开缝襟翼机翼23747的后退开缝襟翼增升装置介绍–

后缘襟翼对于现代飞机，一般来说，由于增升装置导致的翼形改变可以增加升力系数

110％～140％25③

前缘襟翼

前缘襟翼位于机翼前缘。前缘襟翼放下后能延缓上表面气流分离，能增加翼型弯度，使最大升力系数和临界迎角得到提高。前缘襟翼广泛应用于高亚音速飞机和超音速飞机。26B737-800的前缘襟翼27增升装置的原理总结

增升装置主要是通过三个方面实现增升：增大翼型的弯度，提高上下翼面压强差。延缓上表面气流分离，提高临界迎角和最大升力系数。增大机翼面积。增升装置的目的是增大最大升力系数。1.4固定翼无人机的结构及飞行原理自学阻力，完成蓝墨云班课测试题。1.4固定翼无人机的结构及飞行原理1.4.3飞行控制方式1.升降运动2.滚转运动3.偏航运动4.俯仰运动操纵副翼，实现固定翼无人机绕着纵轴运动，即滚转运动。向左压杆，左副翼向上，右副翼向下，发生左滚转；向右压杆，发生右滚转。操纵方向舵，实现偏航运动。向左压杆，方向舵向左偏转，使机头向左偏转；向右压杆，方向舵向右偏转，机头也向右偏转。操纵