无人机植保技术课件：飞行原理

1.2.1旋翼无人机的起源

飞行原理CONTENTS1.2.4多旋翼无人机的运动原理1.2.2多旋翼无人机的定义1.2.3螺旋桨升力的产生原理1.2.1旋翼无人机的起源1910年，在莱特兄弟所取得的成功的鼓舞下，来自俄亥俄州的年轻军事工程师查尔斯•科特林建议使用没有人驾驶的飞行器：用钟表机械装置控制飞机，使其在预定地点抛掉机翼并象炸弹一样落向敌人。在美国陆军的支持和资助下，他制成并试验了几个模型，取名为“科特林空中鱼雷”、“科特林虫子”。1914年第一次世界大战有人研制出一种不是有人驾驶而是用无线电控制的小飞机。美国最早于1939年开始研制无人靶机，后研制出“猎人”和“火蜂Firebee”系列靶机。1.2.1旋翼无人机的起源GeorgedeBothezat在1922年制作出来“飞天章鱼”。这个大型的四旋翼直升机是受美国军方的委托而制作，他们是希望可以开发出垂直起降的飞行器。Bothezat没有什么耐心来做原型设计，所以他直接开始制作原始尺寸的飞行器。该飞行器机身为65英尺长、65英尺宽和10英尺高，拥有180HP的发动机来帮助其重达3600磅的机身离开地面。这是早期的技术，虽然，它只是成功的在离地6英尺的空中徘徊了一分钟。1.2.1旋翼无人机的起源在20世纪50年代，陆军继续开始测试各种垂直起降方案。Curtiss-Wright是被邀请参与制定了“飞行吉普”和杠杆燃气涡轮机以提高功率与重量比的几家公司之一。Curtiss-WrightVZ-7的测试在1959年至1960年期间得到实现，虽然它相对稳定的，但是它未能达到的高度和速度的要求，并没有更进一步地推行该计划。我们在这上面已经有了现代四轴无人机的雏形。

1.2.1旋翼无人机的起源全世界都在造无人机80—90年代，除了美国和以色列外，其他国家的许多飞机制造公司也在从事无人机的研制与生产。有些无人机研制与供应订货具有跨国的特点：美国公司向以色列空军提供了“马巴特”、“沙米特”和“特勒姆”无人机；以色列飞机工业公司签订了向美军提供“先锋”和“猎人”无人机的合同，并向斯里兰卡、台湾、泰国、印度提供“搜索者”无人机。通常，在批量生产和签订购买无人机合同之前要进行长期的了解性能、试验结果和作战使用经验和选择型号的过程。例如美国的“全球鹰”1.2.2多旋翼无人机的定义无人机简称UAV（UnmannedAerialVehicle），指不载有操作人员可以自主飞行或遥控驾驶的飞行器。多旋翼无人机，是一种具有三个及以上旋翼轴的特殊的无人驾驶直升机。其通过每个轴上的电动机转动，带动旋翼，从而产生升推力。旋翼的总距固定，而不像一般直升机那样可变。通过改变不同旋翼之间的相对转速，可以改变单轴推进力的大小，从而控制飞行器的运行轨迹。1.2.2多旋翼无人机的定义无人机系统无人机及与其配套的通信站、起飞（发射）回收装置以及无人机的运输、储存和检测装置等的统称。事实上，无人机要完成任务，除需要飞机及其携带的任务设备外，还需要有地面控制设备、数据通信设备、维护设备，以及指挥控制和必要的操作、维护人员等，较大型的无人机还需要专门的发射/回收装置。所以说，完整意义上的无人机应称为无人机系统(unmannedAeriaIsystem，UAS)。1.2.3螺旋桨升力的产生原理通常机翼翼型的上表面凸起较多而下表面比较平直，再加上一定的迎角。这样，从前缘到后缘，上翼面的气流流速就比下翼面的流速快，上翼面的静压也就比下翼面的静压低，两表面的压力差产生向上的升力1.2.3螺旋桨升力的产生原理

1.升力公式

其中：影响飞机升力的因素：机翼面积、相对速度、空气密度、机翼剖面形状和安装角。1.2.3螺旋桨升力的产生原理当多旋翼飞行器产生的向上的升力大于飞行器自身向下的重力时，多旋翼无人机就可以实现爬升和在空中悬停。1.2.4多旋翼无人机的运动原理（结构形式）从数量上有：3旋翼，4旋翼，6旋翼，8旋翼等；从结构和分布位置上有：Y型，X型，＋型和H型等。多旋翼飞行器可以以旋翼的数量及排列形式进行气动布局分类：1.2.4多旋翼无人机的运动原理（结构形式）X型X型4 轴飞行器左前方的旋翼一般多为俯视顺时针旋转。X型前后左右飞行时加减速电机较多，操纵性好。1.2.4多旋翼无人机的运动原理（结构形式）＋型优点：前后左右飞行控制比较直观，只需改变少了电机转速即可实现；缺点：飞行正前方有螺旋桨，航拍等应用时会造成影响。1.2.4多旋翼无人机的运动原理（工作原理）（以四旋翼为例）对于多轴飞行器旋翼既是升力面又是纵横向和航向的操纵面，通过改变旋翼速度来实现。垂直运动通过控制四个旋翼的转速产生升力实现垂直运动或者悬停，且四个螺旋桨转速必须一致。1.2.4多旋翼无人机的运动原理（工作原理）俯仰运动横轴前后侧的螺旋桨转速不同，可实现俯仰运动。如实现向后移动则横轴前侧的螺旋桨加速，横轴后侧的螺旋桨减速。1.2.4多旋翼无人机的运动原理（工作原理）滚转运动纵轴左右侧的螺旋桨转速不同，可实现滚转运动。如实现向左移动则纵轴右侧的螺旋桨加速，纵轴左侧的螺旋桨减速。1.2.4多旋翼无人机的运动原理（工作原理）偏航运动反扭力矩改变航向。多轴飞行器的旋翼旋转方向一般