無人機基礎(chǔ)知識入門—對飛機整體的認(rèn)識

1、 對飛機整體的認(rèn)識對飛機整體的認(rèn)識引言引言n固定翼飛機原理的發(fā)明n喬治.克雷(George CAYLEY)于1799年提出了現(xiàn)代固定翼飛機的原理： q1）擁有產(chǎn)生升力的機翼； q2）擁有獨立的推進機構(gòu)；q3）擁有用于穩(wěn)定性控制的組合垂尾和平尾。Cayley他在絲綢圓盤上畫出了原理圖他使用的轉(zhuǎn)盤風(fēng)洞2飛機的發(fā)明飛機的發(fā)明n1903年12月17日，萊特兄弟的飛機試飛成功，由此人們認(rèn)為飛機是萊特兄弟發(fā)明的3飛機的各個部分飛機的各個部分4Folie 5引言引言5航空知識介紹航空知識介紹航空航空&航天航天n大氣層以內(nèi)的航行活動n大氣層以外的航行活動空氣、重力James Webb Space Te

2、lescopeA380區(qū)別問題問題n航空飛行器有哪些？各自的飛行原理是什么？n常見的航空飛行器（固定翼）由哪幾部分組成？各部分的功能是什么？n航空飛行器有哪些前沿研究？內(nèi)容內(nèi)容一、航空飛行器的分類及飛行機理介紹一、航空飛行器的分類及飛行機理介紹固定固定翼飛翼飛行器行器概念：概念： 狹義狹義在飛行過程中的升力主要由與機身固定在飛行過程中的升力主要由與機身固定的機翼提的機翼提供供的飛行器。的飛行器。 廣義廣義機翼具有將水平速度轉(zhuǎn)化為豎直升力能機翼具有將水平速度轉(zhuǎn)化為豎直升力能力的飛行器。力的飛行器。F35Global HawkBoeing 747旋翼類飛旋翼類飛行器行器概念：概念： 飛行過程中，飛

3、行器所需升力由旋翼機構(gòu)飛行過程中，飛行器所需升力由旋翼機構(gòu)“旋轉(zhuǎn)運動旋轉(zhuǎn)運動”提供。提供。Boeing AH46DJ S900Boeing& Bell V22撲翼類飛撲翼類飛行器行器概念：概念： 通過機翼振動與空氣產(chǎn)生通過機翼振動與空氣產(chǎn)生反作用力反作用力來提供飛來提供飛行所需升力和拉力的飛行器。行所需升力和拉力的飛行器。原理：原理： 牛頓第三定律牛頓第三定律作用力與反作用力作用力與反作用力。Festo Smartbird其它其它飛艇Northrop GrummanLEMV 原理：原理： 改變自身密度，實現(xiàn)在空氣中的改變自身密度，實現(xiàn)在空氣中的“上、下浮上、下浮動動”。特點特點對比對比

4、 固定翼飛固定翼飛行器行器優(yōu)點：起飛重量大、航程大、航速高。缺點：起飛條優(yōu)點：起飛重量大、航程大、航速高。缺點：起飛條件要求高。件要求高。旋翼類飛旋翼類飛行器行器優(yōu)點：能垂直起飛、懸停、起飛條件要求不高。缺點：優(yōu)點：能垂直起飛、懸停、起飛條件要求不高。缺點：航程較小、航速較慢。航程較小、航速較慢。撲翼飛行撲翼飛行器器優(yōu)點：體積小、能懸停。缺點：載重量小、航時短、優(yōu)點：體積小、能懸停。缺點：載重量小、航時短、航程小。航程小。其它（飛其它（飛艇）艇）優(yōu)點：起飛重量大、飛行高度高、長時間滯空。缺點：體優(yōu)點：起飛重量大、飛行高度高、長時間滯空。缺點：體積大、操作復(fù)雜。積大、操作復(fù)雜。二二、普通固定翼飛

5、行器布局及各部件、普通固定翼飛行器布局及各部件功能介紹功能介紹Lockheed MartinF35固定翼飛行器有哪些機構(gòu)構(gòu)成？怎么實現(xiàn)飛行？固定翼飛行器有哪些機構(gòu)構(gòu)成？怎么實現(xiàn)飛行？固定固定翼飛行器飛行翼飛行器飛行力學(xué)分析力學(xué)分析飛行器發(fā)動機地球飛機的氣動布局與機翼的幾何參數(shù)飛機的氣動布局與機翼的幾何參數(shù)機翼的外形五花八門、多種多樣，有平直的，有三角的，有后掠的，也有前掠的等等。然而，不論采用什么樣的形狀，設(shè)計者都必須使飛機具有良好的氣動外形，并且使結(jié)構(gòu)重量盡可能的輕。所謂良好的氣動外形，是指升力大、阻力小、穩(wěn)定操縱性好。三角翼三角翼后掠翼后掠翼矩形翼矩形翼梯形翼梯形翼橢圓翼橢圓翼18Foli

6、e 10按機翼和機身連接的相互位置分為：按機翼和機身連接的相互位置分為：按按機翼弦平面機翼弦平面有無有無上反角上反角分為：分為：飛機的氣動布局與機翼的幾何參數(shù)飛機的氣動布局與機翼的幾何參數(shù)19Folie 11按立尾的數(shù)量分為：按立尾的數(shù)量分為：按按機翼與平尾的相對縱向位置機翼與平尾的相對縱向位置分為：分為：飛機的氣動布局與機翼的幾何參數(shù)飛機的氣動布局與機翼的幾何參數(shù)20Folie 13美國戰(zhàn)術(shù)運輸機美國戰(zhàn)術(shù)運輸機C-130上單翼、平直機翼、上單翼、平直機翼、4發(fā)翼下吊布置、正常式布局發(fā)翼下吊布置、正常式布局飛機的氣動布局與機翼的幾何參數(shù)飛機的氣動布局與機翼的幾何參數(shù)21Folie 14F-22

7、猛禽猛禽當(dāng)今世界最先進的第四代戰(zhàn)斗機當(dāng)今世界最先進的第四代戰(zhàn)斗機中單翼、雙發(fā)、梯形翼、雙立尾正常式中單翼、雙發(fā)、梯形翼、雙立尾正常式飛機的氣動布局與機翼的幾何參數(shù)飛機的氣動布局與機翼的幾何參數(shù)22Folie 15噴火戰(zhàn)斗機噴火戰(zhàn)斗機英國第二次世界大戰(zhàn)名機英國第二次世界大戰(zhàn)名機下單翼、橢圓形機翼、正常式布局下單翼、橢圓形機翼、正常式布局飛機的氣動布局與機翼的幾何參數(shù)飛機的氣動布局與機翼的幾何參數(shù)23Folie 16B-52遠(yuǎn)程戰(zhàn)略轟炸機（同溫層堡壘）遠(yuǎn)程戰(zhàn)略轟炸機（同溫層堡壘）上單翼、上單翼、8發(fā)翼下吊、后掠翼、正常式布局發(fā)翼下吊、后掠翼、正常式布局飛機的氣動布局與機翼的幾何參數(shù)飛機的氣動布局與

8、機翼的幾何參數(shù)24Folie 17協(xié)和號超聲速客機（協(xié)和號超聲速客機（Ma=2.04）雙發(fā)三角形機翼布局雙發(fā)三角形機翼布局飛機的氣動布局與機翼的幾何參數(shù)飛機的氣動布局與機翼的幾何參數(shù)25Folie 18A380客機遠(yuǎn)程寬身運輸機客機遠(yuǎn)程寬身運輸機下單翼、四發(fā)翼下吊、后掠翼、正常式布局下單翼、四發(fā)翼下吊、后掠翼、正常式布局飛機的氣動布局與機翼的幾何參數(shù)飛機的氣動布局與機翼的幾何參數(shù)26Folie 19S37前掠翼前掠翼戰(zhàn)斗機（三翼面布局）戰(zhàn)斗機（三翼面布局）飛機的氣動布局與機翼的幾何參數(shù)飛機的氣動布局與機翼的幾何參數(shù)2728戰(zhàn)斗機戰(zhàn)斗機：鴨翼鴨翼 + 三角翼三角翼飛機的氣動布局與機翼的幾何參數(shù)飛

9、機的氣動布局與機翼的幾何參數(shù)Folie 20一般而言：運輸機-多數(shù)采用上單翼（便于裝貨）高亞音速客機-下單翼布局、后掠翼、正常式布局（升阻比大，運行經(jīng)濟，座艙噪聲低，視野寬）（在機身下半部放置貨物）戰(zhàn)斗機-多數(shù)采用中或下單翼，三角翼、大后掠翼正?；蝤喪讲季郑ㄋ俣瓤?、阻力小、機動靈活、失速迎角大）飛機的氣動布局與機翼的幾何參數(shù)飛機的氣動布局與機翼的幾何參數(shù)29以下是用來衡量機翼氣動外形的主要幾何參數(shù)： 翼展：翼展：翼展是指機翼左右翼尖之間的長度，一般用l=2b表示。 翼弦翼弦：翼弦是指機翼沿機身方向的弦長。除了矩形機翼外，機翼不同地方的翼弦是不一樣的，有翼根弦長b0、翼尖弦長b1。機翼面積機翼面

10、積：是指機翼在oxz平面上的投影面積，一般用S=lc表示。 幾何平均弦長幾何平均弦長bpj定義為lSbpj飛機的氣動布局與機翼的幾何參數(shù)飛機的氣動布局與機翼的幾何參數(shù)30展弦比：翼展l和平均幾何弦長bpj的比值叫做展弦比，用表示，其計算公式可表示為：展弦比也可以表示為翼展的平方于機翼面積的比值。展弦比越大，機翼的升力系數(shù)越大，但阻力也增大。高速飛機一般采用小展弦比的機翼。 Sl2pjbl根梢比：根梢比是翼根弦長b0與翼尖弦長b1的比值，一般用表示，10bb飛機的氣動布局與機翼的幾何參數(shù)飛機的氣動布局與機翼的幾何參數(shù)31梢根比：梢根比是翼尖弦長b1與翼根弦長b0的比值，一般用表示，01bb上反角

11、(Dihedral angle) 上反角是指機翼基準(zhǔn)面和水平面的夾角，當(dāng)機翼有扭轉(zhuǎn)時，則是指扭轉(zhuǎn)軸和水平面的夾角。當(dāng)上反角為負(fù)時，就變成了下反角(Cathedral angle)。低速機翼采用一定的上反角可改善橫向穩(wěn)定性。 飛機的氣動布局與機翼的幾何參數(shù)飛機的氣動布局與機翼的幾何參數(shù)32后掠角：后掠角是指機翼與機身軸線的垂線之間的夾角。后掠角又包括前緣后掠角（機翼前緣與機身軸線的垂線之間的夾角，一般用0表示）、后緣后掠角（機翼后緣與機身軸線的垂線之間的夾角，一般用1表示）及1/4弦線后掠角（機翼1 /4弦線與機身軸線的垂線之間的夾角，一般用0.25表示）。0125. 0如果飛機的機翼向前掠，則

12、后掠角就為負(fù)值，變成了前掠角。飛機的氣動布局與機翼的幾何參數(shù)飛機的氣動布局與機翼的幾何參數(shù)33幾何扭轉(zhuǎn)角：機翼上平行于對稱面的翼剖面的弦線相對于翼根翼剖面弦線的角度稱為機翼的幾何扭轉(zhuǎn)角 ；如右圖所示。 若該翼剖面的局部迎角大于翼根翼剖面的迎角，則扭轉(zhuǎn)角為正。沿展向翼剖面的局部迎角從翼根到翼梢是減少的扭轉(zhuǎn)稱為外洗，扭轉(zhuǎn)角為負(fù)。反之成為內(nèi)洗。 除了幾何扭轉(zhuǎn)角之外還有氣動扭轉(zhuǎn)角，指的是平行于機翼對稱面任一翼剖面的零升力線和翼根翼剖面的零升力線之間的夾角。 扭扭xyo扭扭安裝角 ：機翼安裝在機身上時，翼根翼剖面弦線與機身軸線之間的夾角稱為安裝角。飛機的氣動布局與機翼的幾何參數(shù)飛機的氣動布局與機翼的幾何

13、參數(shù)34固定翼固定翼飛行器飛行器-尾尾翼翼平尾前后位置、數(shù)目水平尾翼水平安定面垂直尾翼豎直安定面升降舵方向舵縱向縱向方向穩(wěn)方向穩(wěn)定性。定性。橫向方向穩(wěn)橫向方向穩(wěn)定性。定性。俯仰運動控俯仰運動控制制偏航運動控偏航運動控制制正常式無尾式鴨式平尾高低位置 - 上平尾 - 中平尾 - 下平尾 - “T” 平尾 - 高置平尾固定翼固定翼飛行器飛行器-起起落架落架起落架布局前三點后三點自行車式J-10P-51Harrier Jet三三、航空飛行器前沿研究介紹、航空飛行器前沿研究介紹高超速飛行器智能飛行器微小型飛行器高超聲速飛行器高超聲速飛行器馬赫數(shù)馬赫數(shù)概念：速度與當(dāng)?shù)芈曀俚谋戎?，是一個用于概念：速度與當(dāng)?shù)芈曀俚谋戎?，是一個用于描述描述速度速度的無的無量綱量綱數(shù)。數(shù)。高高超聲速飛行超聲速飛行器器飛行馬赫數(shù)飛行馬赫數(shù)5以上的飛行器，以上的飛行器，“全球化全球化”打擊打擊的產(chǎn)物。的產(chǎn)物。NACA-X43系列系列