《无人机事故现场航拍技术》课件-第3讲 空气动力学基础

第3讲：空气动力学基础大气特性空气动力是无人机原理的基础研究气体在无人机表面的流动及产生升力的原理大气是无人机运行的空间环境研究大气特性对无人机至关重要大气特性飞行环境大气环境空间环境航空器唯一飞行环境空气产生升力平衡地球引力发动机推力平衡空气阻力航天器主要飞行环境关系离心力平衡地球引力阻力极小，借助惯性向前大气特性大气成分:干洁空气水汽大气杂质干洁空气由78%的氮气，21%的氧气以及1%的其它气体组成大气特性密度、压强随高度增加而减少800km散逸层85km电离层55km中间层11km平流层（空气没有上下对流）对流层大气特性对流层：空气有强烈的对流运动底界为地面一般中纬度地区上界高度10-12km同一地区上界高度夏季大于冬季上界高度随纬度、季节、天气等变化大气特性对流层特征气温随高度升高而降低气温、湿度的水平分布很不均匀空气具有强烈的垂直混合大气特性无人机只能在对流层飞行民航客机和战斗机可以在平流层飞行为准确描述飞行器的飞行性能，必须建立统一标准标准大气大气特性国际标准大气的规定大气被看成完全气体，服从气体状态方程以海平面的高度为零。且在海平面上，大气标准状态为：气温𝑇=15℃压强𝑝=1个标准大气压密度𝜌=1.2250kg/𝑚^3音速a=341𝑚/𝑠大气特性大气状态方程状态参数→压强：𝑝温度：𝑇密度：𝜌𝐩=𝝆𝑹𝑻大气绝对温度𝑇（单位K）和摄氏温度（单位℃）关系：𝑇=𝑡+273𝑅为大气气体常数，R=287.05J/kg∙K大气特性航空器在空气介质中运动其外形尺寸远远大于气体分子的自由行程研究航空器和大气之间相对运动气体分子间距离完全忽略不计把气体看成是连续的介质大气特性气体流速小，压强和密度变化小，不考虑大气压缩性气体流速高，压强和密度变化明显，考虑气体压缩性马赫数：判断空气受到压缩程度的指标𝑴𝒂=𝒗/𝒂𝒗为飞行速度𝒂为飞行高度上的大气声速大气特性马赫数：判断空气受到压缩程度的指标𝑴𝒂=𝒗/𝒂𝒗为飞行速度𝒂为飞行高度上的大气声速飞行器飞行速度越大，马赫数越大，空气压缩越厉害大气特性大气粘性:空气在流动过程中表现出的物理性质大气粘性力:

相邻大气层间相互运动时产生的牵扯作用力与相邻流动层的速度差和接触面积成正比与相邻层的距离成反比不考虑粘性的流体称为理想流体或无粘流体牛顿运动定律如果一个物体处于平衡状态，有保持这种平衡状态的趋势牛顿第一定律静态平衡：静止匀速直线水平飞行牛顿运动定律以恒定的速度爬升、俯冲或滑行保持匀速平飞、上升或下降时，飞机所受力是平衡的升力与重力相等推力与阻力相等加速度牛顿运动定律物体的加速度跟物体所受的合外力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同牛顿第二定律𝐹=𝑀𝑎获得给定加速度所施加的力的大小取决于无人飞机的质量牛顿运动定律质量大的物体需要更大的力去打破平衡才能达到给定的加速度，质量小的物体所需的力小牛顿第二定律𝐹=𝑀𝑎惯性向外（离心力）加速度向内（向心力）牛顿运动定律力的分解：将一个力化作等效的两个或两个以上的分力牛顿第二定律𝐹=𝑀𝑎飞行器受到许多施加的力影响，所有力都可按方向分成4个力伯努利定理空气不动，飞机飞行时，作用在飞机上的空气动力和飞机不动，空气吹过时作用在飞机上的空气动力是等效的空气相对运动原理伯努利定理连续流动时，单位时间流过不同剖面时流体质量相同，剖面与速度成反比流体流动的连续性定理𝒔𝟏𝒗𝟏=𝒔𝟐𝒗𝟐=常数伯努利定理实质：能量转化和守恒定律伯努