無人機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)-第1章-無人機(jī)結(jié)構(gòu)與飛行原理課件

第一章無人機(jī)結(jié)構(gòu)與飛行原理

根據(jù)不同平臺構(gòu)型，無人機(jī)主要分為固定翼無人機(jī)、無人直升機(jī)和多旋翼無人機(jī)三大平臺。本章主要介紹了固定翼無人機(jī)、無人直升機(jī)和多旋翼無人機(jī)的結(jié)構(gòu)組成及飛行原理和飛行控制，以便讀者全面系統(tǒng)地認(rèn)識無人機(jī)機(jī)體平臺及原理。學(xué)習(xí)導(dǎo)論第一章無人機(jī)結(jié)構(gòu)與飛行原理第一章無人機(jī)結(jié)構(gòu)與飛行原理根據(jù)不同學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握多旋翼無人機(jī)結(jié)構(gòu)組成名稱及每種結(jié)構(gòu)主要參數(shù)；2.了解每種結(jié)構(gòu)功能及選用注意事項(xiàng)；3.掌握多旋翼飛行原理及飛行操縱；4.了解六自由度、機(jī)體坐標(biāo)及飛行姿態(tài)；5.掌握無人直升機(jī)結(jié)構(gòu)組成名稱、槳轂種類及自動傾斜器組成；6.了解每種結(jié)構(gòu)組成；7.掌握無人直升機(jī)飛行原理、飛行操縱及常見無人直升機(jī)結(jié)構(gòu)型式；8.了解無人直升機(jī)種類；9.掌握固定翼無人機(jī)的飛行原理及增升裝置種類；10.了解每種增升裝置種類及原理；11.掌握固定翼無人機(jī)阻力種類及減阻措施；12.了解各種阻力產(chǎn)生的原因。第一章無人機(jī)結(jié)構(gòu)與飛行原理第一章無人機(jī)結(jié)構(gòu)與飛行原理學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握多旋翼無人機(jī)結(jié)構(gòu)組成名稱及每種結(jié)構(gòu)主要參數(shù)；第一章無人機(jī)結(jié)構(gòu)與飛行原理第一章無人機(jī)結(jié)構(gòu)與飛行原理機(jī)體坐標(biāo)軸和基本運(yùn)動狀態(tài)第一節(jié)多旋翼無人機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理第二節(jié)無人直升機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理第三節(jié)固定翼無人機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理第四節(jié)第一章第一章機(jī)體坐標(biāo)軸和基本運(yùn)動狀態(tài)第一節(jié)多旋翼無人機(jī)的結(jié)構(gòu)1.1機(jī)體坐標(biāo)軸和基本運(yùn)動狀態(tài)1.1機(jī)體坐標(biāo)軸和基本運(yùn)動狀態(tài)

（1）縱軸（ox）從機(jī)頭穿透機(jī)身的中心，從機(jī)尾穿出來的軸線，方向指向前。無人機(jī)沿著縱軸的水平運(yùn)動稱為前后運(yùn)動，圍繞縱軸的運(yùn)動稱為滾轉(zhuǎn)運(yùn)動。（2）橫軸（oz）從一邊的機(jī)翼末端，穿過機(jī)翼、機(jī)身，再從另一邊機(jī)翼延伸到末端穿出來的軸線。無人機(jī)沿著橫軸的水平運(yùn)動稱為左右運(yùn)動，圍繞橫軸的運(yùn)動稱為俯仰運(yùn)動。（3）立軸（oy）由上往下通過無人機(jī)重心，并與縱軸（ox）和橫軸（oz）相互垂直的軸線。無人機(jī)沿著立軸的水平運(yùn)動稱為升降運(yùn)動，圍繞立軸的運(yùn)動稱為偏航運(yùn)動。圖1-1機(jī)體坐標(biāo)軸1.1機(jī)體坐標(biāo)軸和基本運(yùn)動狀態(tài)（1）縱軸（ox1.2多旋翼無人機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理1.2.1結(jié)構(gòu)組成

多旋翼無人機(jī)實(shí)質(zhì)上是屬于直升機(jī)的范疇，按軸數(shù)分為三軸、四軸、六軸、八軸等。按電機(jī)個(gè)數(shù)分為三旋翼、四旋翼、六旋翼、八旋翼等。按旋翼布局分為I型、X型、V型、Y型、IY型等（如圖1-3所示）。由于X型結(jié)構(gòu)的任務(wù)載荷前方的視野比I型的更加開闊，且控制靈活，所以在實(shí)際應(yīng)用中，多旋翼無人機(jī)大多采用X型外形結(jié)構(gòu)。但對于初學(xué)者，建議采用I型，較安全。a）I型四旋翼b）X型四旋翼

c）I型六旋翼d）X型六旋翼

e）IY型共軸雙槳六旋翼f）Y型共軸雙槳六旋翼

g）X型共軸雙槳八旋翼

h）I型八旋翼

i）V型八旋翼1.2.1結(jié)構(gòu)組成多旋翼無人機(jī)實(shí)質(zhì)上是屬1)塑料：具有一定的剛度、強(qiáng)度和可彎曲度，易加工且價(jià)格便宜。2)玻璃纖維：剛度和強(qiáng)度比較高，加工困難，價(jià)格較高，但密度小，可以減輕整體機(jī)架的重量。3)碳纖維：剛度和強(qiáng)度高，加工困難，價(jià)格較高，但密度小，可以減輕整體機(jī)架的重量。出于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和重量考慮，一般采用碳纖維材質(zhì)。1.2.1結(jié)構(gòu)組成1.機(jī)架（1）材質(zhì)（2）軸距軸距是多旋翼無人機(jī)的重要尺寸參數(shù)，是指多旋翼無人機(jī)兩個(gè)驅(qū)動軸軸心的距離，即為對角線上的兩電機(jī)軸心的距離，如圖1-5所示。軸距的大小限定了螺旋槳的漿距尺寸上限。F450，F(xiàn)5501.機(jī)架（1）材質(zhì)（2）軸距軸距是多旋翼無人機(jī)的重要尺寸參數(shù)2.電機(jī)（1）尺寸在無刷電機(jī)的銘牌上有一組四位數(shù)字，如2212、2216等，如圖1-6所示。用它來表示電機(jī)的尺寸，前面兩位數(shù)字是電機(jī)轉(zhuǎn)子的內(nèi)直徑，后面兩位數(shù)字是電機(jī)轉(zhuǎn)子的高度，單位為毫米。例如2212電機(jī)的內(nèi)直徑為22mm，轉(zhuǎn)子的高度為12mm。前面兩位數(shù)字越大，電機(jī)越肥，后面兩位數(shù)字越大，電機(jī)越高。高大粗壯的電機(jī)，功率就更大，適合做更大的多旋翼無人機(jī)。（2）KV值在無刷電機(jī)的銘牌上還有一組數(shù)字，如KV950，如圖1-6所示。用它來表示當(dāng)電機(jī)的輸入電壓增加1伏特，無刷電機(jī)空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速增加的轉(zhuǎn)速值，單位是“轉(zhuǎn)速/伏特”（RPM/V）。例如KV950電機(jī)，外加1V電壓，電機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)每分鐘轉(zhuǎn)950轉(zhuǎn)；外加2V電壓，電機(jī)的空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速就1900轉(zhuǎn)/分；電壓為10V的時(shí)候，電機(jī)的空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速達(dá)到9500轉(zhuǎn)/分。單從KV值，不可以評價(jià)電機(jī)的好壞，因?yàn)椴煌琄V值適用不同尺寸的螺旋槳。KV值小的電機(jī)的繞線匝數(shù)更多更密，能承受更大的電流，所以可以產(chǎn)生更大的扭矩去驅(qū)動更大尺寸的螺旋漿；相反，KV值大的電機(jī)的繞線匝數(shù)少，產(chǎn)生的扭矩小，適合驅(qū)動小尺寸的螺旋漿。圖1-6電機(jī)1.2.1結(jié)構(gòu)組成2.電機(jī)（1）尺寸在無刷電機(jī)的銘牌上有一組四位數(shù)字，如2213.電子調(diào)速器(ESC)（1）電調(diào)的作用1)電機(jī)調(diào)速：將飛控的控制信號轉(zhuǎn)化為電流的大小，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。2)變壓供電：將電池電壓變?yōu)轱w控板和遙控接收機(jī)需要的電壓。3)電源轉(zhuǎn)化：將電池直流電轉(zhuǎn)換為交流電供給無刷電機(jī)。4)其他功能：如電池保護(hù)、啟動保護(hù)、剎車等。（3）常用電調(diào)無刷電調(diào)按照電流分為30A、40A、50A、60A、80A、120A電調(diào)等；按品牌分為好盈、銀燕、新西達(dá)、中特威等，還有一些較為昂貴的電調(diào)，如蝎子和風(fēng)凰等。（2）電調(diào)的參數(shù)1)最大持續(xù)/峰值電流：是無刷電調(diào)最重要的參數(shù)，通常以安培數(shù)A來表示，如10A、20A、30A（如圖1-7所示）2)電壓范圍：電調(diào)能夠正常工作所允許輸入的電壓范圍也是非常重要的參數(shù)。3)內(nèi)阻：電調(diào)都有內(nèi)阻，通過電調(diào)的電流有時(shí)可以達(dá)到幾十安培，所以電調(diào)的發(fā)熱功率不能被忽視。4)刷新頻率：電機(jī)響應(yīng)速度很大程度上依賴于電調(diào)刷新頻率。5)可編程特性：通過調(diào)整電調(diào)內(nèi)部參數(shù)，可以使電調(diào)的性能達(dá)到最佳?？赏ㄟ^編程卡、通過USB連接電腦使用軟件及通過接收器用遙控器搖桿這三種方式來設(shè)置電調(diào)參數(shù)。圖1-7電調(diào)1.2.1結(jié)構(gòu)組成3.電子調(diào)速器(ESC)（1）電調(diào)的作用1)電機(jī)調(diào)速：將飛控4.電池（1）連接放式

電池串聯(lián)可以獲得更大的電壓，但電池容量保持不變；電池并聯(lián)可以得到更大容量，但電壓不變。通過電池合理的串并聯(lián)組合，可以獲得無人機(jī)飛行所需要的電壓和容量。通常用字母“S”表示電池串聯(lián)，用字母“P”表示電池并聯(lián)，如圖1-9所示。圖1-9電池連接方式a)3S1Pb)3S2P1.2.1結(jié)構(gòu)組成4.電池（1）連接放式電池串聯(lián)可以獲得更大的電4.電池（2）參數(shù)1)電壓：鋰電池單節(jié)電壓3.7V。2)容量：電池容量用毫安時(shí)（mAh）表示，電池的容量越大，存儲的能量就越大，可以是供的續(xù)航時(shí)間就越長，不過相應(yīng)的重量也越大。如1000mAh電池，如果以1000mA放電，可持續(xù)放電1h。如果以500mA放電，可以持續(xù)放電2h。3)充放電倍率C：表示電池充放電時(shí)的電流大小，是充放電快慢的量度，其計(jì)算公式是充放電倍率=充放電電流/額定容量，單位為C。4)平衡充電：常用3S電池，內(nèi)部是3塊鋰電池，動力鋰電都有2組線，1組是輸出線（2根），1組是單節(jié)鋰電引出線（與S數(shù)有關(guān)），充電時(shí)按說明書，都插入充電器內(nèi)，就可以進(jìn)行平衡充電了。1.2.1結(jié)構(gòu)組成圖上各數(shù)字字母含義？該電池容量為2200mAh；3S1P表示3塊鋰電池串聯(lián)；總電壓為3.7×3=11.1V；最大放電電流為：35×2200=77000mA=77A4.電池（2）參數(shù)1)電壓：鋰電池單節(jié)電壓3.7V。圖上各數(shù)5.螺旋槳（1）型號螺旋槳的型號采用四位數(shù)字來描述，前兩位數(shù)字指的是螺旋槳的直徑，后兩位數(shù)字指的是螺旋槳的槳距，單位是英寸（1英寸=25.4毫米）。例如1047螺旋槳，指的是螺旋槳的直徑為10英寸，槳距為4.7英寸。需要注意，對于小于10英寸的螺旋槳，直徑數(shù)字寫在最前面，比如8050，螺旋槳直徑為8英寸而并非80英寸。順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的螺旋槳稱為正漿，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的螺旋槳稱為反漿。安裝的時(shí)候，一定記得無論正反槳，有字的一面是向上的（槳葉圓潤的一面要和電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向一致）。（3）電機(jī)與螺旋槳的搭配（2）正反槳大螺旋槳就需要采用低KV電機(jī)，小螺旋槳就需要采用高KV電機(jī)（因?yàn)樾枰棉D(zhuǎn)速來彌補(bǔ)升力不足）。不同的電機(jī)需要使用對應(yīng)的螺旋槳，如表1-1所示。表1-1電機(jī)與螺旋槳的搭配1.2.1結(jié)構(gòu)組成5.螺旋槳（1）型號螺旋槳的型號采用四位數(shù)字來描述，前兩位數(shù)6.飛行控制系統(tǒng)

飛行控制系統(tǒng)是多旋翼無人機(jī)的核心設(shè)備，飛控系統(tǒng)的好壞從本質(zhì)上決定了無人機(jī)的飛行性能。飛行控制系統(tǒng)集成了高精度的感應(yīng)器元件，主要由陀螺儀（飛行姿態(tài)感知）、加速計(jì)、角速度計(jì)、氣壓計(jì)、GPS及指南針模塊（可選配）以及控制電路等部件組成。通過高效的控制算法，能夠精準(zhǔn)地感應(yīng)并計(jì)算出無人機(jī)的飛行姿態(tài)等數(shù)據(jù)，再通過主控制單元實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位懸停和自主平穩(wěn)飛行。根據(jù)機(jī)型的不一樣，可以有不同類型的飛行控制系統(tǒng)，有支持固定翼、多旋翼及直升機(jī)的飛行控制系統(tǒng)。1.2.1結(jié)構(gòu)組成6.飛行控制系統(tǒng)飛行控制系統(tǒng)是多旋翼無人機(jī)的7.遙控系統(tǒng)（1）通道數(shù)常用的遙控系統(tǒng)有單通道、兩通道直至十通道，具體使用幾通道，由無人機(jī)的種類及用途而定。較為簡單的單通道、兩通道的遙控系統(tǒng)，一般用來控制練習(xí)機(jī)、滑翔機(jī)。遙控特技固定翼無人機(jī)則最少需四個(gè)通道，分別控制水平舵、方向舵、副翼及油門。較為完善的特技固定翼無人機(jī)還需控制襟翼、收起落架等，至少需要六個(gè)通道。四旋翼無人機(jī)遙控系統(tǒng)最少需要四通道。（2）遙控距離遙控距離的確定仍然需視無人機(jī)的種類和用途而定。對于近距離飛行的小型無人機(jī)，選用遙控距離為200米的遙控系統(tǒng)；對于無人靶機(jī)、飛艇或大型無人機(jī)，有時(shí)在空中要飛出數(shù)公里，就要選用遙控距離至少有1000米的遙控系統(tǒng)。遙控系統(tǒng)由遙控器（見圖1-10a））和接收機(jī)（見圖1-10b））組成，是整個(gè)飛行系統(tǒng)的無線控制終端。遙控器與接收機(jī)之間通過無線電波進(jìn)行通信，常用的無線電頻率為72MHz和2.4GHz，目前常用2.4GHz無線通信，因?yàn)樗哂蓄l率高、功耗低、體積小、反應(yīng)快、精度高等優(yōu)點(diǎn)。目前常用的調(diào)制方式有脈沖位置調(diào)制（PulsePositionModulation，簡稱PPM，又稱脈位調(diào)制）和脈沖編碼調(diào)制（PulseCodeModulation，簡稱PCM，又稱脈碼調(diào)制）兩種。a)遙控器b)接收機(jī)圖1-10遙控系統(tǒng)1.2.1結(jié)構(gòu)組成7.遙控系統(tǒng)（1）通道數(shù)常用的遙控系統(tǒng)有單通道、兩通道直至十1.2.2飛行原理伯努利定律是空氣動力最重要的理論基礎(chǔ)，簡單地說，流體的速度越大，靜壓力越?。凰俣仍叫?，靜壓力越大。升力公式？

以四旋翼無人機(jī)為例，詳細(xì)講解如下：如圖1-11所示，電機(jī)1和電機(jī)3逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，電機(jī)2和電機(jī)4順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，因此當(dāng)無人機(jī)平衡飛行時(shí)，陀螺效應(yīng)和空氣動力扭矩效應(yīng)均被抵消。與電動直升機(jī)相比，四旋翼飛行器有下列優(yōu)勢：各個(gè)旋翼對機(jī)身所施加的反扭矩與旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相反，因此當(dāng)電機(jī)1和電機(jī)3逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，電機(jī)2和電機(jī)4順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，可以平衡旋翼對機(jī)身的反扭矩。四旋翼無人機(jī)在空間共有六個(gè)自由度（分別沿3個(gè)坐標(biāo)軸作平移和旋轉(zhuǎn)動作），這六個(gè)自由度的控制都可以通過調(diào)節(jié)不同電機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)，但只有四個(gè)輸入力，所以它又是一種欠驅(qū)動系統(tǒng)。圖1-11四旋翼無人機(jī)飛行原理1.2多旋翼無人機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理1.2.2飛行原理伯努利定律是空氣動力最重要的理論基礎(chǔ)，簡1.2.3飛行控制

圖1-11中，當(dāng)同時(shí)增加四個(gè)電機(jī)的輸出功率，螺旋槳轉(zhuǎn)速增加使得總的升力增大，當(dāng)總升力足以克服整機(jī)的重量時(shí)，四旋翼無人機(jī)便離地垂直上升；反之，同時(shí)減小四個(gè)電機(jī)的輸出功率，四旋翼無人機(jī)則垂直下降，直至平衡落地，實(shí)現(xiàn)了沿z軸的垂直運(yùn)動。當(dāng)外界擾動量為零時(shí)，在螺旋槳產(chǎn)生的升力等于四旋翼無人機(jī)的自重時(shí)，四旋翼無人機(jī)便保持懸停狀態(tài)。保證四個(gè)螺旋槳轉(zhuǎn)速同步增加或減小是垂直運(yùn)動的關(guān)鍵。圖1-11四旋翼無人機(jī)飛行原理1.垂直運(yùn)動，即升降控制1.2多旋翼無人機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理1.2.3飛行控制圖1-11中，當(dāng)同時(shí)增加四1.2.3飛行控制

圖1-12中，電機(jī)1的轉(zhuǎn)速上升，電機(jī)3的轉(zhuǎn)速下降，電機(jī)2和電機(jī)4的轉(zhuǎn)速保持不變。為了不因?yàn)槁菪龢D(zhuǎn)速的改變引起四旋翼無人機(jī)整體扭矩及總拉力改變，螺旋槳1與螺旋槳3轉(zhuǎn)速變量的大小應(yīng)相等。由于螺旋槳1的升力上升，螺旋槳3的升力下降，產(chǎn)生的不平衡力矩使機(jī)身繞y軸旋轉(zhuǎn)（方向如圖1-12）；四旋翼無人機(jī)首先發(fā)生一定程度的傾斜，從而使螺旋槳升力產(chǎn)生水平分量，因此可以實(shí)現(xiàn)四旋翼無人機(jī)的后飛運(yùn)動。抬頭，向后飛。同理，當(dāng)電機(jī)1的轉(zhuǎn)速下降，電機(jī)3的轉(zhuǎn)速上升，機(jī)身便繞y軸向另一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，低頭，向前飛，實(shí)現(xiàn)四旋翼無人機(jī)的俯仰運(yùn)動及前后運(yùn)動。2.俯仰運(yùn)動、前后運(yùn)動圖1-12俯仰運(yùn)動1.2.3飛行控制圖1-12中，電機(jī)1的轉(zhuǎn)速上

與圖1-12的原理相同，在圖1-13中，改變電機(jī)2和電機(jī)4的轉(zhuǎn)速，保持電機(jī)1和電機(jī)3的轉(zhuǎn)速不變，則可使機(jī)身繞x軸旋轉(zhuǎn)（正向和反向），實(shí)現(xiàn)四旋翼無人機(jī)的滾轉(zhuǎn)運(yùn)動。同時(shí)，四旋翼無人機(jī)首先發(fā)生一定程度的傾斜，從而使螺旋槳升力產(chǎn)生水平分量，因此可以實(shí)現(xiàn)四旋翼無人機(jī)的側(cè)向飛運(yùn)動。例如，電機(jī)4的轉(zhuǎn)速上升，電機(jī)2的轉(zhuǎn)速下降，電機(jī)1和電機(jī)3的轉(zhuǎn)速保持不變，無人機(jī)左滾，向左運(yùn)動。3.滾轉(zhuǎn)運(yùn)動、側(cè)向運(yùn)動（左右運(yùn)動）圖1-13滾轉(zhuǎn)運(yùn)動1.2.3飛行控制與圖1-12的原理相同，在圖1-13中，改變電

四旋翼無人機(jī)偏航運(yùn)動可以借助螺旋槳產(chǎn)生的反扭矩來實(shí)現(xiàn)。螺旋槳轉(zhuǎn)動過程中由于空氣阻力作用會形成與轉(zhuǎn)動方向相反的反扭矩，為了克服反扭矩影響，可使四個(gè)螺旋槳中的兩個(gè)正轉(zhuǎn)，兩個(gè)反轉(zhuǎn)，且對角線上的各個(gè)螺旋槳轉(zhuǎn)動方向相同。反扭矩的大小與螺旋槳轉(zhuǎn)速有關(guān)，當(dāng)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速相同時(shí)，四個(gè)螺旋槳產(chǎn)生的反扭矩相互平衡，四旋翼無人機(jī)不發(fā)生轉(zhuǎn)動；當(dāng)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速不完全相同時(shí)，不平衡的反扭矩會引起四旋翼無人機(jī)轉(zhuǎn)動。在圖1-14中，當(dāng)電機(jī)1和電機(jī)3的轉(zhuǎn)速上升，電機(jī)2和電機(jī)4的轉(zhuǎn)速下降時(shí)，螺旋槳1和螺旋槳3對機(jī)身的反扭矩大于螺旋槳2和螺旋槳4對機(jī)身的反扭矩，機(jī)身便在富余反扭矩的作用下繞z軸轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)四旋翼無人機(jī)的向右偏航運(yùn)動，轉(zhuǎn)向與電機(jī)1、電機(jī)3的轉(zhuǎn)向相反。4.偏航運(yùn)動圖1-14偏航運(yùn)動1.2.3飛行控制四旋翼無人機(jī)偏航運(yùn)動可以借助螺旋槳產(chǎn)生的反扭矩寫出1-5對應(yīng)元件名稱及無人機(jī)飛行控制過程。練習(xí)題1.2.3飛行控制寫出1-5對應(yīng)元件名稱及無人機(jī)飛行控制過程。練習(xí)題1.2.31.3無人直升機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理1.3.1結(jié)構(gòu)組成無人直升機(jī)主要由主旋翼、尾漿、起落架、機(jī)身、傳動裝置、動力裝置等構(gòu)成，如圖1-15所示。1.3.1結(jié)構(gòu)組成無人直升機(jī)主要由主旋翼、尾漿、起落架、機(jī)1.主旋翼系統(tǒng)主旋翼系統(tǒng)是直升機(jī)最重要的操縱面，使用操縱機(jī)構(gòu)控制旋翼拉力的大小和方向，實(shí)現(xiàn)對直升機(jī)的主要飛行操縱。直升機(jī)上可以有一個(gè)或兩個(gè)旋翼。通常用雙旋翼系統(tǒng)。1.3無人直升機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理圖1-16雙旋翼直升機(jī)1.主旋翼系統(tǒng)主旋翼系統(tǒng)是直升機(jī)最重要的操縱面，使用操縱機(jī)構(gòu)1.主旋翼系統(tǒng)（1）結(jié)構(gòu)主旋翼系統(tǒng)由自動傾斜器、槳葉和槳轂組成。自動傾斜器又稱斜盤（俗稱十字盤）來改變旋翼槳葉的槳距。自動傾斜器主要由變距拉桿、旋轉(zhuǎn)環(huán)、不旋轉(zhuǎn)環(huán)組成，如圖1-17所示。1.3無人直升機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理1.主旋翼系統(tǒng)主旋翼系統(tǒng)由自動傾斜器、槳葉和槳轂組成。自動傾1.主旋翼系統(tǒng)（2）種類通常全鉸接旋翼系統(tǒng)包含三個(gè)或者更多個(gè)旋翼槳葉。旋翼槳葉可以獨(dú)立的做揮舞、周期變距、擺振三種運(yùn)動。典型的鉸接式槳轂鉸的布置順序（從里向外）是由揮舞鉸、擺振鉸到變距鉸，20世紀(jì)40年代中期，全鉸式旋翼系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。（1）全鉸接旋翼系統(tǒng)1.3無人直升機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理1.主旋翼系統(tǒng)通常全鉸接旋翼系統(tǒng)包含三個(gè)或者更多個(gè)旋翼槳葉。（2）半剛體旋翼系統(tǒng)這種旋翼形式與鉸接式相比，其優(yōu)點(diǎn)是槳轂構(gòu)造簡單，去掉了擺振鉸和減擺器，兩片槳葉共同的揮舞鉸不負(fù)擔(dān)離心力而只傳遞拉力及旋翼力矩，萬向接頭架負(fù)荷比較小，沒有“地面共振”問題。但是這種旋翼操縱功效和角速度阻尼比較小，穩(wěn)定性較差。1.3無人直升機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理（2）半剛體旋翼系統(tǒng)這種旋翼形式與鉸接式相比，其優(yōu)點(diǎn)是槳轂構(gòu)

經(jīng)過長期的理論與試驗(yàn)研究，20世紀(jì)60年代末及70年代初剛體（無鉸式）旋翼系統(tǒng)進(jìn)入了實(shí)用階段。這類系統(tǒng)中槳葉不可以做揮舞和擺振動作，但是可以變距。（3）剛體旋翼系統(tǒng)1.3無人直升機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理（4）無軸承旋翼系統(tǒng)

無軸承旋翼系統(tǒng)就是取消了揮舞鉸、擺振鉸和變距鉸的旋翼系統(tǒng)，槳葉的揮舞、擺振和變距運(yùn)動都以槳葉根部的柔性元件來完成，如美國RAH-66科曼奇直升機(jī)。經(jīng)過長期的理論與試驗(yàn)研究，20世紀(jì)60年代末及72.尾槳大多數(shù)單主旋翼直升機(jī)需要一個(gè)單獨(dú)的尾槳系統(tǒng)來克服主旋翼旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的扭矩。尾槳的結(jié)構(gòu)形式有蹺蹺板式、萬向接頭式、鉸接式、無軸承式、“涵道尾槳”式、無尾槳等等。前面4種在學(xué)習(xí)主旋翼系統(tǒng)時(shí)已經(jīng)介紹，接下來重點(diǎn)介紹涵道尾槳和無尾槳NOTAR。1.3無人直升機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理（1）涵道尾槳涵道尾槳將尾槳縮小，“隱藏”在尾撐端部的巨大開孔里（圖1-21），相當(dāng)于給尾槳安上一個(gè)罩子，這樣大大改善了安全性，不易打到周圍的物體，噪音小。涵道尾槳的缺點(diǎn)是重量較大，這個(gè)問題隨涵道尾槳直徑增加而急劇惡化，所以涵道尾槳難以用到大型直升機(jī)上。2.尾槳大多數(shù)單主旋翼直升機(jī)需要一個(gè)單獨(dú)的尾槳系統(tǒng)來克服主旋無尾槳用噴氣引射和主旋翼下洗氣流的有利交互作用形成反扭力，尾撐頂端的直接噴氣控制提供更精細(xì)的方向控制，但不提供主要的反扭力。NOTAR的噪音比涵道風(fēng)扇更低，安全性更好。但NOTA同樣沒有用到大型直升機(jī)上的例子。在直升機(jī)懸停的時(shí)候，保持方向控制所必需的扭矩中Coanda效應(yīng)提供大約三分之二。（2）無尾槳NOTAR1.3無人直升機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理無尾槳用噴氣引射和主旋翼下洗氣流的有利交互作用形成反扭力，尾3.起落架

直升機(jī)起落架的主要作用是吸收在著陸時(shí)由于有垂直速度而帶來的能量，減少著陸時(shí)撞擊引起的過載，以及保證在整個(gè)使用過程中不發(fā)生“地面共振”。此外，起落架往往還用來使直升機(jī)具有在地面運(yùn)動的能力，減少滑行時(shí)由于地面不平而產(chǎn)生的撞擊與顛簸。最常見的起落架是滑橇式的，適合在不同類型的表面上起降。一些滑橇式起落架安裝了減震器以減少著陸沖擊和震動傳遞到主旋翼。直升機(jī)也可以安裝浮筒式起落架進(jìn)行水上作業(yè)，或者安裝滑雪板式起落架以降落在雪地或者柔軟的地面上。1.3無人直升機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理3.起落架直升機(jī)起落架的主要作用是吸收在著陸時(shí)3.起落架機(jī)輪是另外一種形式的起落架，可以是三點(diǎn)式（前三點(diǎn)式和后三點(diǎn)式）或者是四點(diǎn)式配置。通常為了方便直升機(jī)在地面上滑行，機(jī)頭或者機(jī)尾的起落架設(shè)計(jì)成可以自由旋轉(zhuǎn)的。1.3無人直升機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理3.起落架機(jī)輪是另外一種形式的起落架，可以是三點(diǎn)式（前三點(diǎn)式4.動力和傳動裝置

典型的無人直升機(jī)動力裝置主要使用安裝在機(jī)身上的往復(fù)式發(fā)動機(jī)。發(fā)動機(jī)可以采用垂直安裝或者水平安裝方式，通過傳動裝置將動力傳遞到垂直的主旋翼和尾翼的傳動軸上，如圖1-23所示。典型情況下，發(fā)動機(jī)通過一個(gè)主傳動機(jī)構(gòu)和皮帶或者一個(gè)離心式離合器來驅(qū)動主旋翼。無人直升機(jī)可以采用的另外一種發(fā)動機(jī)是無刷電機(jī)。這種動力裝置結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便，適用于大多數(shù)的小型無人直升機(jī)。1.3無人直升機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理4.動力和傳動裝置典型的無人直升機(jī)動力裝置主要5.飛行控制系統(tǒng)

飛行控制系統(tǒng)主要有陀螺儀（飛行姿態(tài)感知）、加速計(jì)、地磁感應(yīng)、氣壓傳感器（懸停高度粗略控制）、超聲波傳感器（低空高度精確控制或避障）、光流傳感器（懸停水平位置精確確定）、GPS模塊（水平位置高度粗略定位）以及控制電路組成。主要的功能就是自動保持飛機(jī)的正常飛行姿態(tài)。1.3無人直升機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理5.飛行控制系統(tǒng)飛行控制系統(tǒng)主要有陀螺儀（飛1.3.2飛行原理

無人直升機(jī)是一種旋翼航空器，無人直升機(jī)飛行所需的升力是靠旋翼旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的，每一片旋翼葉片都產(chǎn)生升力，這些升力的合力就是無人直升機(jī)的升力。同時(shí)，旋翼又是無人直升機(jī)的操縱面，無人直升機(jī)通過旋翼拉力的傾斜實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退和側(cè)飛。通過控制尾槳“拉力”或“推力”的大小，可以達(dá)到使無人直升機(jī)偏轉(zhuǎn)的目的，從而實(shí)現(xiàn)無人直升機(jī)的轉(zhuǎn)向。1.3無人直升機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理1.3.2飛行原理無人直升機(jī)是一種旋翼航空器1.3.3飛行控制方式簡單來說，上提總距桿，槳葉的槳距和發(fā)動機(jī)輸出功率增加，旋翼升力增加，直升機(jī)上升；下放總距桿，槳葉的槳距和發(fā)動機(jī)輸出功率減小，旋翼升力減小，直升機(jī)下降。1.操縱總距桿實(shí)現(xiàn)無人直升機(jī)上下運(yùn)動2.操縱腳蹬桿實(shí)現(xiàn)直升機(jī)偏航運(yùn)動對方向桿操縱，通過操縱線與尾槳連接，實(shí)現(xiàn)對尾槳的變距，控制尾槳槳葉的槳距，改變尾槳的“拉力”或“推力”。般來說，操縱某一側(cè)方向桿，無人直升機(jī)機(jī)頭就會向該側(cè)偏轉(zhuǎn)。1.3無人直升機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理1.3.3飛行控制方式簡單來說，上提總距桿，槳葉的槳距和發(fā)3.操縱變周期距桿實(shí)現(xiàn)無人直升機(jī)前后左右運(yùn)動（即俯仰和滾轉(zhuǎn)運(yùn)動）當(dāng)周期變距桿偏離中立位置向前，旋翼椎體向前傾斜，直升機(jī)低頭并向前運(yùn)動（圖1-26a）；當(dāng)周期變距桿偏離中立位置向后，旋翼椎體向后傾斜，直升機(jī)抬頭并向后退（圖1-26b）；當(dāng)周期變距桿偏離中立位置向右，旋翼椎體向右傾斜，直升機(jī)向右傾斜并向右側(cè)運(yùn)動（圖1-26c）；當(dāng)周期變距桿偏離中立位置向左，旋翼椎體向左傾斜，直升機(jī)向左傾斜并向左側(cè)運(yùn)動（圖1-26d）圖1-26a圖1-26b圖1-26c圖1-26d1.3無人直升機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理1.3.3飛行控制方式3.操縱變周期距桿實(shí)現(xiàn)無人直升機(jī)前后左右運(yùn)動（即俯仰和滾轉(zhuǎn)運(yùn)1.3無人直升機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理習(xí)題：寫出圖上各數(shù)字對應(yīng)零件名稱及無人機(jī)直升機(jī)操作過程（起飛降落、前后左右、俯仰、橫滾、航向）。習(xí)題：寫出圖上各數(shù)字對應(yīng)零件名稱及無人機(jī)直升機(jī)操作過程（起飛1.4固定翼無人機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理1.4.1結(jié)構(gòu)組成固定翼無人機(jī)大部分由機(jī)身、機(jī)翼、尾翼、起落架和發(fā)動機(jī)組成，如圖1-27所示。1.4固定翼無人機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理1.4.1結(jié)構(gòu)組成固1.4.1結(jié)構(gòu)組成1.機(jī)身這種機(jī)身雖然強(qiáng)度和沖擊性較好，但剛度不好，特別是抗扭特性較差和有效容積率較小。（1）構(gòu)架式1.4.1結(jié)構(gòu)組成1.機(jī)身這種機(jī)身雖然強(qiáng)度和沖擊性較好1.4.1結(jié)構(gòu)組成1.機(jī)身這種機(jī)身具有結(jié)構(gòu)簡單、氣動外形光滑及內(nèi)部空間可全部利用的優(yōu)點(diǎn)，但因?yàn)闄C(jī)身的相對載荷較小，而且機(jī)身不可避免要大開口，會使蒙皮材料利用率不高，因開口補(bǔ)強(qiáng)增重較大。所以這種形式的機(jī)身實(shí)際上用得很少。（2）硬殼式圖1-29硬殼式機(jī)身1.4.1結(jié)構(gòu)組成1.機(jī)身這種機(jī)身具有結(jié)構(gòu)簡單、氣動外從桁梁式機(jī)身的受力特點(diǎn)可以看出，在桁梁之間布置大開口不會顯著降低機(jī)身的抗彎強(qiáng)度和剛度。雖然因大開口會減小結(jié)構(gòu)的抗剪強(qiáng)度和剛度而必須補(bǔ)強(qiáng)，但相對桁條式和硬殼式結(jié)構(gòu)的機(jī)身來說，同樣的開口，桁梁式的機(jī)身補(bǔ)強(qiáng)引起的重量增加較少。因此這種形式的機(jī)身便于開較大的艙口。（3）半硬殼式1）桁梁式機(jī)身圖1-30桁梁式機(jī)身1.4.1結(jié)構(gòu)組成從桁梁式機(jī)身的受力特點(diǎn)可以看出，在桁梁之間布置大開口不（3）半硬殼式2）桁條式機(jī)身圖1-31桁條式機(jī)身主要由桁條、隔框和蒙皮組成，如圖1-31所示。桁條和蒙皮較強(qiáng)，是承受機(jī)身力的主要部件。1.4.1結(jié)構(gòu)組成（3）半硬殼式2）桁條式機(jī)身圖1-31桁條式機(jī)身主2.機(jī)翼（1）縱向骨架1)翼梁：是最主要的縱向構(gòu)件，是機(jī)翼主要受力部件。2)縱墻：與翼梁十分相像，二者的區(qū)別在于縱墻的緣條很弱并且不與機(jī)身相連，其長度有時(shí)僅為翼展的一部分。3)桁條：鉚接在蒙皮內(nèi)表面，支持蒙皮以提高其承載能力，并共同將氣動力分布載荷傳給翼肋。通常用鋁合金擠壓或板材彎制而成。1.4.1結(jié)構(gòu)組成2.機(jī)翼（1）縱向骨架1)翼梁：2)縱墻：3)桁條：2.機(jī)翼（2）橫向骨架1)普通翼肋：其作用是將縱向骨架和蒙皮連成一體，把由蒙皮和桁條傳來的空氣動力載荷傳遞給翼梁，并保持翼剖面的形狀。2)加強(qiáng)翼肋：除了具有普通翼肋功能外，還能承受集中載荷，因此，它的腹板較厚或用支柱加強(qiáng)。1.4.1結(jié)構(gòu)組成（3）蒙皮2.機(jī)翼（2）橫向骨架1)普通翼肋：2)加強(qiáng)翼肋：3.尾翼尾翼是固定翼無人機(jī)的重要部件之一。尾翼由垂直尾翼和水平尾翼組成。在垂直尾翼上可活動的表面稱為方向舵，在水平尾翼上可活動的表面稱為升降舵，如圖1-34所示。還有一種尾翼不需要升降舵，在中央的鉸鏈點(diǎn)安裝一片水平尾翼，鉸鏈軸是水平的，這種類型的尾翼稱為全動式水平尾翼，如圖1-35所示。1.4.1結(jié)構(gòu)組成3.尾翼尾翼是固定翼無人機(jī)的重要部件之一。尾翼由垂直尾翼和水4.起落架1.4.1結(jié)構(gòu)組成滑撬式滑板式浮筒式機(jī)輪式4.起落架1.4.1結(jié)構(gòu)組成滑撬式滑板式浮筒式機(jī)1.4.2飛行原理1.飛機(jī)飛行時(shí)受到的作用力飛機(jī)在飛行時(shí)會受到4個(gè)基本的作用力：升力（lift）、重力（weight）、推力（thrust）與阻力（drag），如圖1-36所示。1.4.2飛行原理1.飛機(jī)飛行時(shí)受到的作用力飛機(jī)在飛行時(shí)會受(1)升力1.4.2飛行原理(1)升力1.4.2飛行原理提問:當(dāng)飛機(jī)在勻速下降準(zhǔn)備降落時(shí),升力和重力是否相等？牛頓三大運(yùn)動定律第一定律：除非受到外來的作用力，否則物體的速度(v)會保持不變。沒有受力即所有外力合力為零，當(dāng)飛機(jī)在天上保持等速直線飛行時(shí)，這時(shí)飛機(jī)所受的合力為零，與一般人想象不同的是，當(dāng)飛機(jī)降落保持相同下沉率下降，這時(shí)升力與重力的合力仍是零，升力并未減少，否則飛機(jī)會越掉越快。提問:當(dāng)飛機(jī)在勻速下降準(zhǔn)備降落時(shí),升力和重力是否相等？牛頓三4748對高速飛機(jī)來說，如何在起飛和著陸階段的低速情況下獲得足夠的升力就成了一大難題。由于迎角與升力成正比，因此增大飛機(jī)的迎角可以使升力增加，然而對現(xiàn)代的超音速飛機(jī)而言，即使迎角達(dá)到極限，升力仍然不夠。如果不采取適當(dāng)措施，則必須加大起飛和降落時(shí)的速度，才能獲得足夠的升力。這樣做的后果是不僅使滑跑距離增長，而且也不安全。解決這個(gè)問題的措施就是在機(jī)翼上采用增升裝置。

增升裝置用于增大飛機(jī)的最大升力系數(shù)，從而縮短飛機(jī)在起飛著陸階段的地面滑跑距離。48對高速飛機(jī)來說，如何在起飛和著陸階段的低速情況下獲得足夠4849主要增升裝置包括：前緣縫翼leadingedgeslats后緣襟翼trailingedgeflap前緣襟翼Leadingedgeflap49主要增升裝置包括：49增升裝置介紹-前緣縫翼前緣縫翼是安裝在基本機(jī)翼前緣的一段或者幾段狹長小翼，是靠增大翼型彎度來獲得升力增加的一種增升裝置。下面用前緣縫翼的一個(gè)剖面來看看它的工作原理（如圖所示）。前緣縫翼延緩機(jī)翼的氣流分離現(xiàn)象，以提高臨界迎角和最大升力系數(shù)。前緣縫翼打開時(shí)，氣流分離被推遲打開合閉氣流分離氣流分離減少增升裝置介紹-前緣縫翼前緣縫翼是安裝在基本機(jī)翼前緣的一段50增升裝置介紹-前緣縫翼在前緣縫翼閉合時(shí)（即相當(dāng)于沒有安裝前緣縫翼），隨著迎角的增大，機(jī)翼上表面的分離區(qū)逐漸向前移，當(dāng)迎角增大到臨界迎角時(shí)，機(jī)翼的升力系數(shù)急劇下降，機(jī)翼失速。當(dāng)前緣縫翼打開時(shí)，它與機(jī)翼前緣表面形成一道縫隙，下翼面壓強(qiáng)較高的氣流通過這道縫隙得到加速而流向上翼面，增大了上翼面附面層中氣流的速度，降低了壓強(qiáng)，消除了這里的分離旋渦，從而延緩了氣流分離，避免了大迎角下的失速，使得升力系數(shù)提高。前緣縫翼打開時(shí)，氣流分離被推遲打開合閉增升裝置介紹-前緣縫翼在前緣縫翼閉合時(shí)（即相當(dāng)于沒有安裝51增升裝置介紹-前緣縫翼因此，前緣縫翼的作用主要有兩個(gè)：一是延緩機(jī)翼上的氣流分離，提高了飛機(jī)的臨界迎角，使得飛機(jī)在更大的迎角下才會發(fā)生失速；二是增大機(jī)翼的升力系數(shù)。其中增大臨界迎角的作用是主要的。這種裝置在大迎角下，特別是接近或超過基本機(jī)翼的臨界迎角時(shí)才使用，因?yàn)橹挥性谶@種情況下，機(jī)翼上才會產(chǎn)生氣流分離。增升裝置介紹-前緣縫翼因此，前緣縫翼的作用主要有兩個(gè)：52增升裝置介紹-前緣縫翼前緣縫翼有固定式和自動式兩種：固定式前緣縫翼：固定式前緣縫翼直接固定在機(jī)翼前緣上，與基本機(jī)翼之間構(gòu)成一條固定的狹縫，不能隨迎角的改變而開閉。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，但在飛行速度增加時(shí)，所受到的阻力也急劇增大，目前應(yīng)用不多，只有在早期低速飛機(jī)上使用。自動式前緣縫翼：自動式前緣縫翼用滑動機(jī)構(gòu)與機(jī)翼相連，它可以根據(jù)迎角的變化而自動開閉。在小迎角情況下，空氣動力將它壓在基本機(jī)翼上，處于閉合狀態(tài)；當(dāng)迎角增大到一定程度，機(jī)翼前緣的空氣動力變?yōu)槲Γ瑢⑶熬壙p翼自動吸開。自動式前緣縫翼的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，目前應(yīng)用十分廣泛。自動式前緣縫翼機(jī)翼本身縫翼打開操縱機(jī)構(gòu)縫翼合閉固定式前緣縫翼縫翼機(jī)翼本身增升裝置介紹-前緣縫翼前緣縫翼有固定式和自動式兩種：自動53增升裝置介紹–

后緣襟翼在機(jī)翼上安裝襟翼可以增加機(jī)翼面積，提高機(jī)翼的升力系數(shù)。襟翼的種類很多，常用的有簡單襟翼、分裂襟翼、開縫襟翼和后退襟翼等等。一般的襟翼均位于機(jī)翼后緣。當(dāng)襟翼下放時(shí)，機(jī)翼面積增大，升力增大，同時(shí)阻力也增大，因此一般用于起飛和著陸階段，以便獲得較大的升力，減少起飛和著陸滑跑距離。后緣襟翼后緣襟翼已放出增升裝置介紹–后緣襟翼在機(jī)翼上安裝襟翼可以增加機(jī)翼面積，54增升裝置介紹–

后緣襟翼襟翼分類：簡單襟翼、分裂襟翼、開縫襟翼、后退襟翼簡單襟翼：簡單襟翼的形狀與副翼相似，其構(gòu)造簡單。簡單襟翼在不偏轉(zhuǎn)時(shí)形成機(jī)翼后緣的一部分，當(dāng)放下（即向下偏轉(zhuǎn)）時(shí)，相當(dāng)于增大了

機(jī)翼的彎度，從而使升力增大。當(dāng)它在著陸偏轉(zhuǎn)

50～60度時(shí)，大約能使升力系數(shù)增大65％～75％。分裂襟翼：也稱為開裂襟翼，象一塊薄板，緊貼于機(jī)翼后緣下表面并形成機(jī)翼的一部分。使用時(shí)放下(即向下旋轉(zhuǎn))，在后緣與機(jī)翼之間形成一個(gè)低壓區(qū)，對機(jī)翼上表面的氣流有吸引作用，使氣流流速增大，從而增大了機(jī)翼上下表面的壓強(qiáng)差，使升力增大。除此之外，襟翼下放后，增大了機(jī)翼翼型的彎度，同樣可提高升力。這種襟翼一般可把機(jī)翼的升力系數(shù)提高75％～85％。簡單襟翼機(jī)翼機(jī)翼分裂襟翼增升裝置介紹–后緣襟翼襟翼分類：簡單襟翼、分裂襟翼、開縫5556TB200的簡單襟翼56TB200的簡單襟翼56增升裝置介紹–

后緣襟翼襟翼分類：簡單襟翼、分裂襟翼、開縫襟翼、后退襟翼開縫襟翼：它是在簡單襟翼的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的。除了起簡單襟翼的作用外，還具有類似于前緣縫翼的作用，因?yàn)樵陂_縫襟翼與機(jī)翼之間有一道縫隙，下面的高壓氣流通過這道縫隙以高速流向上面，延緩氣流分離，從而達(dá)到增升目的。開縫襟翼的增升效果較好，一般可使升力系數(shù)增大85％～95％。后退襟翼：在下放前是機(jī)翼后緣的一部分，當(dāng)其下放時(shí)，一邊向下偏轉(zhuǎn)一邊向后移動，既加大了機(jī)翼的彎度，又增大了機(jī)翼面積，從而使升力增大。此外它還有開裂襟翼的效果。這種襟翼的增升效果比前三種的增升效果都好，一般可使翼型的升力系數(shù)增加110％～140％。開縫襟翼機(jī)翼增升裝置介紹–后緣襟翼襟翼分類：簡單襟翼、分裂襟翼、開縫5758747的后退開縫襟翼58747的后退開縫襟翼58增升裝置介紹–

后緣襟翼對于現(xiàn)代飛機(jī)，一般來說，由于增升裝置導(dǎo)致的翼形改變可以增加升力系數(shù)

110％～140％增升裝置介紹–后緣襟翼對于現(xiàn)代飛機(jī)，一般來說，由于增升裝5960③

前緣襟翼

前緣襟翼位于機(jī)翼前緣。前緣襟翼放下后能延緩上表面氣流分離，能增加翼型彎度，使最大升力系數(shù)和臨界迎角得到提高。前緣襟翼廣泛應(yīng)用于高亞音速飛機(jī)和超音速飛機(jī)。60③前緣襟翼前緣襟翼位于機(jī)翼前緣。前緣襟翼放下6061B737-800的前緣襟翼61B737-800的前緣襟翼6162增升裝置的原理總結(jié)

增升裝置主要是通過三個(gè)方面實(shí)現(xiàn)增升：增大翼型的彎度，提高上下翼面壓強(qiáng)差。延緩上表面氣流分離，提高臨界迎角和最大升力系數(shù)。增大機(jī)翼面積。增升裝置的目的是增大最大升力系數(shù)。62增升裝置的原理總結(jié)增升裝置主要是通過三個(gè)方面621.4固定翼無人機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理自學(xué)阻力，完成藍(lán)墨云班課測試題。自學(xué)阻力，完成藍(lán)墨云班課測試題。1.4固定翼無人機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理1.4.3飛行控制方式1.升降運(yùn)動2.滾轉(zhuǎn)運(yùn)動3.偏航運(yùn)動4.俯仰運(yùn)動操縱副翼，實(shí)現(xiàn)固定翼無人機(jī)繞著縱軸運(yùn)動，即滾轉(zhuǎn)運(yùn)動。向左壓桿，左副翼向上，右副翼向下，發(fā)生左滾轉(zhuǎn)；向右壓桿，發(fā)生右滾轉(zhuǎn)。操縱方向舵，實(shí)現(xiàn)偏航運(yùn)動。向左壓桿，方向舵向左偏轉(zhuǎn)，使機(jī)頭向左偏轉(zhuǎn)；向右壓桿，方向舵向右偏轉(zhuǎn)，機(jī)頭也向右偏轉(zhuǎn)。操縱升降舵，實(shí)現(xiàn)俯仰運(yùn)動。將遙控器升降舵向前推，升降舵控制面向下移動，機(jī)頭下降；向后拉桿，使機(jī)頭上仰。起飛時(shí)，將油門推到最大，固定翼無人機(jī)加速到足夠的速度，以抬高機(jī)頭成為爬升姿態(tài)。1.4.3飛行控制方式1.升降運(yùn)動2.滾轉(zhuǎn)運(yùn)動3.偏航運(yùn)動第一章思考題1.寫圖1-47上各數(shù)字對應(yīng)零件名稱及各種無人機(jī)操作過程（起飛降落、前后左右、俯仰、橫滾、航向）。2.分別解釋圖1-48電池上數(shù)字2200、40C、5C、35C和3S1P含義。第一章思考題1.寫圖1-47上各數(shù)字對應(yīng)零件名稱及各種無第一章無人機(jī)結(jié)構(gòu)與飛行原理

根據(jù)不同平臺構(gòu)型，無人機(jī)主要分為固定翼無人機(jī)、無人直升機(jī)和多旋翼無人機(jī)三大平臺。本章主要介紹了固定翼無人機(jī)、無人直升機(jī)和多旋翼無人機(jī)的結(jié)構(gòu)組成及飛行原理和飛行控制，以便讀者全面系統(tǒng)地認(rèn)識無人機(jī)機(jī)體平臺及原理。學(xué)習(xí)導(dǎo)論第一章無人機(jī)結(jié)構(gòu)與飛行原理第一章無人機(jī)結(jié)構(gòu)與飛行原理根據(jù)不同學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握多旋翼無人機(jī)結(jié)構(gòu)組成名稱及每種結(jié)構(gòu)主要參數(shù)；2.了解每種結(jié)構(gòu)功能及選用注意事項(xiàng)；3.掌握多旋翼飛行原理及飛行操縱；4.了解六自由度、機(jī)體坐標(biāo)及飛行姿態(tài)；5.掌握無人直升機(jī)結(jié)構(gòu)組成名稱、槳轂種類及自動傾斜器組成；6.了解每種結(jié)構(gòu)組成；7.掌握無人直升機(jī)飛行原理、飛行操縱及常見無人直升機(jī)結(jié)構(gòu)型式；8.了解無人直升機(jī)種類；9.掌握固定翼無人機(jī)的飛行原理及增升裝置種類；10.了解每種增升裝置種類及原理；11.掌握固定翼無人機(jī)阻力種類及減阻措施；12.了解各種阻力產(chǎn)生的原因。第一章無人機(jī)結(jié)構(gòu)與飛行原理第一章無人機(jī)結(jié)構(gòu)與飛行原理學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握多旋翼無人機(jī)結(jié)構(gòu)組成名稱及每種結(jié)構(gòu)主要參數(shù)；第一章無人機(jī)結(jié)構(gòu)與飛行原理第一章無人機(jī)結(jié)構(gòu)與飛行原理機(jī)體坐標(biāo)軸和基本運(yùn)動狀態(tài)第一節(jié)多旋翼無人機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理第二節(jié)無人直升機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理第三節(jié)固定翼無人機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理第四節(jié)第一章第一章機(jī)體坐標(biāo)軸和基本運(yùn)動狀態(tài)第一節(jié)多旋翼無人機(jī)的結(jié)構(gòu)1.1機(jī)體坐標(biāo)軸和基本運(yùn)動狀態(tài)1.1機(jī)體坐標(biāo)軸和基本運(yùn)動狀態(tài)

（1）縱軸（ox）從機(jī)頭穿透機(jī)身的中心，從機(jī)尾穿出來的軸線，方向指向前。無人機(jī)沿著縱軸的水平運(yùn)動稱為前后運(yùn)動，圍繞縱軸的運(yùn)動稱為滾轉(zhuǎn)運(yùn)動。（2）橫軸（oz）從一邊的機(jī)翼末端，穿過機(jī)翼、機(jī)身，再從另一邊機(jī)翼延伸到末端穿出來的軸線。無人機(jī)沿著橫軸的水平運(yùn)動稱為左右運(yùn)動，圍繞橫軸的運(yùn)動稱為俯仰運(yùn)動。（3）立軸（oy）由上往下通過無人機(jī)重心，并與縱軸（ox）和橫軸（oz）相互垂直的軸線。無人機(jī)沿著立軸的水平運(yùn)動稱為升降運(yùn)動，圍繞立軸的運(yùn)動稱為偏航運(yùn)動。圖1-1機(jī)體坐標(biāo)軸1.1機(jī)體坐標(biāo)軸和基本運(yùn)動狀態(tài)（1）縱軸（ox1.2多旋翼無人機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理1.2.1結(jié)構(gòu)組成

多旋翼無人機(jī)實(shí)質(zhì)上是屬于直升機(jī)的范疇，按軸數(shù)分為三軸、四軸、六軸、八軸等。按電機(jī)個(gè)數(shù)分為三旋翼、四旋翼、六旋翼、八旋翼等。按旋翼布局分為I型、X型、V型、Y型、IY型等（如圖1-3所示）。由于X型結(jié)構(gòu)的任務(wù)載荷前方的視野比I型的更加開闊，且控制靈活，所以在實(shí)際應(yīng)用中，多旋翼無人機(jī)大多采用X型外形結(jié)構(gòu)。但對于初學(xué)者，建議采用I型，較安全。a）I型四旋翼b）X型四旋翼

c）I型六旋翼d）X型六旋翼

e）IY型共軸雙槳六旋翼f）Y型共軸雙槳六旋翼

g）X型共軸雙槳八旋翼

h）I型八旋翼

i）V型八旋翼1.2.1結(jié)構(gòu)組成多旋翼無人機(jī)實(shí)質(zhì)上是屬1)塑料：具有一定的剛度、強(qiáng)度和可彎曲度，易加工且價(jià)格便宜。2)玻璃纖維：剛度和強(qiáng)度比較高，加工困難，價(jià)格較高，但密度小，可以減輕整體機(jī)架的重量。3)碳纖維：剛度和強(qiáng)度高，加工困難，價(jià)格較高，但密度小，可以減輕整體機(jī)架的重量。出于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和重量考慮，一般采用碳纖維材質(zhì)。1.2.1結(jié)構(gòu)組成1.機(jī)架（1）材質(zhì)（2）軸距軸距是多旋翼無人機(jī)的重要尺寸參數(shù)，是指多旋翼無人機(jī)兩個(gè)驅(qū)動軸軸心的距離，即為對角線上的兩電機(jī)軸心的距離，如圖1-5所示。軸距的大小限定了螺旋槳的漿距尺寸上限。F450，F(xiàn)5501.機(jī)架（1）材質(zhì)（2）軸距軸距是多旋翼無人機(jī)的重要尺寸參數(shù)2.電機(jī)（1）尺寸在無刷電機(jī)的銘牌上有一組四位數(shù)字，如2212、2216等，如圖1-6所示。用它來表示電機(jī)的尺寸，前面兩位數(shù)字是電機(jī)轉(zhuǎn)子的內(nèi)直徑，后面兩位數(shù)字是電機(jī)轉(zhuǎn)子的高度，單位為毫米。例如2212電機(jī)的內(nèi)直徑為22mm，轉(zhuǎn)子的高度為12mm。前面兩位數(shù)字越大，電機(jī)越肥，后面兩位數(shù)字越大，電機(jī)越高。高大粗壯的電機(jī)，功率就更大，適合做更大的多旋翼無人機(jī)。（2）KV值在無刷電機(jī)的銘牌上還有一組數(shù)字，如KV950，如圖1-6所示。用它來表示當(dāng)電機(jī)的輸入電壓增加1伏特，無刷電機(jī)空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速增加的轉(zhuǎn)速值，單位是“轉(zhuǎn)速/伏特”（RPM/V）。例如KV950電機(jī)，外加1V電壓，電機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)每分鐘轉(zhuǎn)950轉(zhuǎn)；外加2V電壓，電機(jī)的空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速就1900轉(zhuǎn)/分；電壓為10V的時(shí)候，電機(jī)的空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速達(dá)到9500轉(zhuǎn)/分。單從KV值，不可以評價(jià)電機(jī)的好壞，因?yàn)椴煌琄V值適用不同尺寸的螺旋槳。KV值小的電機(jī)的繞線匝數(shù)更多更密，能承受更大的電流，所以可以產(chǎn)生更大的扭矩去驅(qū)動更大尺寸的螺旋漿；相反，KV值大的電機(jī)的繞線匝數(shù)少，產(chǎn)生的扭矩小，適合驅(qū)動小尺寸的螺旋漿。圖1-6電機(jī)1.2.1結(jié)構(gòu)組成2.電機(jī)（1）尺寸在無刷電機(jī)的銘牌上有一組四位數(shù)字，如2213.電子調(diào)速器(ESC)（1）電調(diào)的作用1)電機(jī)調(diào)速：將飛控的控制信號轉(zhuǎn)化為電流的大小，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。2)變壓供電：將電池電壓變?yōu)轱w控板和遙控接收機(jī)需要的電壓。3)電源轉(zhuǎn)化：將電池直流電轉(zhuǎn)換為交流電供給無刷電機(jī)。4)其他功能：如電池保護(hù)、啟動保護(hù)、剎車等。（3）常用電調(diào)無刷電調(diào)按照電流分為30A、40A、50A、60A、80A、120A電調(diào)等；按品牌分為好盈、銀燕、新西達(dá)、中特威等，還有一些較為昂貴的電調(diào)，如蝎子和風(fēng)凰等。（2）電調(diào)的參數(shù)1)最大持續(xù)/峰值電流：是無刷電調(diào)最重要的參數(shù)，通常以安培數(shù)A來表示，如10A、20A、30A（如圖1-7所示）2)電壓范圍：電調(diào)能夠正常工作所允許輸入的電壓范圍也是非常重要的參數(shù)。3)內(nèi)阻：電調(diào)都有內(nèi)阻，通過電調(diào)的電流有時(shí)可以達(dá)到幾十安培，所以電調(diào)的發(fā)熱功率不能被忽視。4)刷新頻率：電機(jī)響應(yīng)速度很大程度上依賴于電調(diào)刷新頻率。5)可編程特性：通過調(diào)整電調(diào)內(nèi)部參數(shù)，可以使電調(diào)的性能達(dá)到最佳。可通過編程卡、通過USB連接電腦使用軟件及通過接收器用遙控器搖桿這三種方式來設(shè)置電調(diào)參數(shù)。圖1-7電調(diào)1.2.1結(jié)構(gòu)組成3.電子調(diào)速器(ESC)（1）電調(diào)的作用1)電機(jī)調(diào)速：將飛控4.電池（1）連接放式

電池串聯(lián)可以獲得更大的電壓，但電池容量保持不變；電池并聯(lián)可以得到更大容量，但電壓不變。通過電池合理的串并聯(lián)組合，可以獲得無人機(jī)飛行所需要的電壓和容量。通常用字母“S”表示電池串聯(lián)，用字母“P”表示電池并聯(lián)，如圖1-9所示。圖1-9電池連接方式a)3S1Pb)3S2P1.2.1結(jié)構(gòu)組成4.電池（1）連接放式電池串聯(lián)可以獲得更大的電4.電池（2）參數(shù)1)電壓：鋰電池單節(jié)電壓3.7V。2)容量：電池容量用毫安時(shí)（mAh）表示，電池的容量越大，存儲的能量就越大，可以是供的續(xù)航時(shí)間就越長，不過相應(yīng)的重量也越大。如1000mAh電池，如果以1000mA放電，可持續(xù)放電1h。如果以500mA放電，可以持續(xù)放電2h。3)充放電倍率C：表示電池充放電時(shí)的電流大小，是充放電快慢的量度，其計(jì)算公式是充放電倍率=充放電電流/額定容量，單位為C。4)平衡充電：常用3S電池，內(nèi)部是3塊鋰電池，動力鋰電都有2組線，1組是輸出線（2根），1組是單節(jié)鋰電引出線（與S數(shù)有關(guān)），充電時(shí)按說明書，都插入充電器內(nèi)，就可以進(jìn)行平衡充電了。1.2.1結(jié)構(gòu)組成圖上各數(shù)字字母含義？該電池容量為2200mAh；3S1P表示3塊鋰電池串聯(lián)；總電壓為3.7×3=11.1V；最大放電電流為：35×2200=77000mA=77A4.電池（2）參數(shù)1)電壓：鋰電池單節(jié)電壓3.7V。圖上各數(shù)5.螺旋槳（1）型號螺旋槳的型號采用四位數(shù)字來描述，前兩位數(shù)字指的是螺旋槳的直徑，后兩位數(shù)字指的是螺旋槳的槳距，單位是英寸（1英寸=25.4毫米）。例如1047螺旋槳，指的是螺旋槳的直徑為10英寸，槳距為4.7英寸。需要注意，對于小于10英寸的螺旋槳，直徑數(shù)字寫在最前面，比如8050，螺旋槳直徑為8英寸而并非80英寸。順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的螺旋槳稱為正漿，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的螺旋槳稱為反漿。安裝的時(shí)候，一定記得無論正反槳，有字的一面是向上的（槳葉圓潤的一面要和電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向一致）。（3）電機(jī)與螺旋槳的搭配（2）正反槳大螺旋槳就需要采用低KV電機(jī)，小螺旋槳就需要采用高KV電機(jī)（因?yàn)樾枰棉D(zhuǎn)速來彌補(bǔ)升力不足）。不同的電機(jī)需要使用對應(yīng)的螺旋槳，如表1-1所示。表1-1電機(jī)與螺旋槳的搭配1.2.1結(jié)構(gòu)組成5.螺旋槳（1）型號螺旋槳的型號采用四位數(shù)字來描述，前兩位數(shù)6.飛行控制系統(tǒng)

飛行控制系統(tǒng)是多旋翼無人機(jī)的核心設(shè)備，飛控系統(tǒng)的好壞從本質(zhì)上決定了無人機(jī)的飛行性能。飛行控制系統(tǒng)集成了高精度的感應(yīng)器元件，主要由陀螺儀（飛行姿態(tài)感知）、加速計(jì)、角速度計(jì)、氣壓計(jì)、GPS及指南針模塊（可選配）以及控制電路等部件組成。通過高效的控制算法，能夠精準(zhǔn)地感應(yīng)并計(jì)算出無人機(jī)的飛行姿態(tài)等數(shù)據(jù)，再通過主控制單元實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位懸停和自主平穩(wěn)飛行。根據(jù)機(jī)型的不一樣，可以有不同類型的飛行控制系統(tǒng)，有支持固定翼、多旋翼及直升機(jī)的飛行控制系統(tǒng)。1.2.1結(jié)構(gòu)組成6.飛行控制系統(tǒng)飛行控制系統(tǒng)是多旋翼無人機(jī)的7.遙控系統(tǒng)（1）通道數(shù)常用的遙控系統(tǒng)有單通道、兩通道直至十通道，具體使用幾通道，由無人機(jī)的種類及用途而定。較為簡單的單通道、兩通道的遙控系統(tǒng)，一般用來控制練習(xí)機(jī)、滑翔機(jī)。遙控特技固定翼無人機(jī)則最少需四個(gè)通道，分別控制水平舵、方向舵、副翼及油門。較為完善的特技固定翼無人機(jī)還需控制襟翼、收起落架等，至少需要六個(gè)通道。四旋翼無人機(jī)遙控系統(tǒng)最少需要四通道。（2）遙控距離遙控距離的確定仍然需視無人機(jī)的種類和用途而定。對于近距離飛行的小型無人機(jī)，選用遙控距離為200米的遙控系統(tǒng)；對于無人靶機(jī)、飛艇或大型無人機(jī)，有時(shí)在空中要飛出數(shù)公里，就要選用遙控距離至少有1000米的遙控系統(tǒng)。遙控系統(tǒng)由遙控器（見圖1-10a））和接收機(jī)（見圖1-10b））組成，是整個(gè)飛行系統(tǒng)的無線控制終端。遙控器與接收機(jī)之間通過無線電波進(jìn)行通信，常用的無線電頻率為72MHz和2.4GHz，目前常用2.4GHz無線通信，因?yàn)樗哂蓄l率高、功耗低、體積小、反應(yīng)快、精度高等優(yōu)點(diǎn)。目前常用的調(diào)制方式有脈沖位置調(diào)制（PulsePositionModulation，簡稱PPM，又稱脈位調(diào)制）和脈沖編碼調(diào)制（PulseCodeModulation，簡稱PCM，又稱脈碼調(diào)制）兩種。a)遙控器b)接收機(jī)圖1-10遙控系統(tǒng)1.2.1結(jié)構(gòu)組成7.遙控系統(tǒng)（1）通道數(shù)常用的遙控系統(tǒng)有單通道、兩通道直至十1.2.2飛行原理伯努利定律是空氣動力最重要的理論基礎(chǔ)，簡單地說，流體的速度越大，靜壓力越?。凰俣仍叫?，靜壓力越大。升力公式？

以四旋翼無人機(jī)為例，詳細(xì)講解如下：如圖1-11所示，電機(jī)1和電機(jī)3逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，電機(jī)2和電機(jī)4順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，因此當(dāng)無人機(jī)平衡飛行時(shí)，陀螺效應(yīng)和空氣動力扭矩效應(yīng)均被抵消。與電動直升機(jī)相比，四旋翼飛行器有下列優(yōu)勢：各個(gè)旋翼對機(jī)身所施加的反扭矩與旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相反，因此當(dāng)電機(jī)1和電機(jī)3逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，電機(jī)2和電機(jī)4順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，可以平衡旋翼對機(jī)身的反扭矩。四旋翼無人機(jī)在空間共有六個(gè)自由度（分別沿3個(gè)坐標(biāo)軸作平移和旋轉(zhuǎn)動作），這六個(gè)自由度的控制都可以通過調(diào)節(jié)不同電機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)，但只有四個(gè)輸入力，所以它又是一種欠驅(qū)動系統(tǒng)。圖1-11四旋翼無人機(jī)飛行原理1.2多旋翼無人機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理1.2.2飛行原理伯努利定律是空氣動力最重要的理論基礎(chǔ)，簡1.2.3飛行控制

圖1-11中，當(dāng)同時(shí)增加四個(gè)電機(jī)的輸出功率，螺旋槳轉(zhuǎn)速增加使得總的升力增大，當(dāng)總升力足以克服整機(jī)的重量時(shí)，四旋翼無人機(jī)便離地垂直上升；反之，同時(shí)減小四個(gè)電機(jī)的輸出功率，四旋翼無人機(jī)則垂直下降，直至平衡落地，實(shí)現(xiàn)了沿z軸的垂直運(yùn)動。當(dāng)外界擾動量為零時(shí)，在螺旋槳產(chǎn)生的升力等于四旋翼無人機(jī)的自重時(shí)，四旋翼無人機(jī)便保持懸停狀態(tài)。保證四個(gè)螺旋槳轉(zhuǎn)速同步增加或減小是垂直運(yùn)動的關(guān)鍵。圖1-11四旋翼無人機(jī)飛行原理1.垂直運(yùn)動，即升降控制1.2多旋翼無人機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理1.2.3飛行控制圖1-11中，當(dāng)同時(shí)增加四1.2.3飛行控制

圖1-12中，電機(jī)1的轉(zhuǎn)速上升，電機(jī)3的轉(zhuǎn)速下降，電機(jī)2和電機(jī)4的轉(zhuǎn)速保持不變。為了不因?yàn)槁菪龢D(zhuǎn)速的改變引起四旋翼無人機(jī)整體扭矩及總拉力改變，螺旋槳1與螺旋槳3轉(zhuǎn)速變量的大小應(yīng)相等。由于螺旋槳1的升力上升，螺旋槳3的升力下降，產(chǎn)生的不平衡力矩使機(jī)身繞y軸旋轉(zhuǎn)（方向如圖1-12）；四旋翼無人機(jī)首先發(fā)生一定程度的傾斜，從而使螺旋槳升力產(chǎn)生水平分量，因此可以實(shí)現(xiàn)四旋翼無人機(jī)的后飛運(yùn)動。抬頭，向后飛。同理，當(dāng)電機(jī)1的轉(zhuǎn)速下降，電機(jī)3的轉(zhuǎn)速上升，機(jī)身便繞y軸向另一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，低頭，向前飛，實(shí)現(xiàn)四旋翼無人機(jī)的俯仰運(yùn)動及前后運(yùn)動。2.俯仰運(yùn)動、前后運(yùn)動圖1-12俯仰運(yùn)動1.2.3飛行控制圖1-12中，電機(jī)1的轉(zhuǎn)速上

與圖1-12的原理相同，在圖1-13中，改變電機(jī)2和電機(jī)4的轉(zhuǎn)速，保持電機(jī)1和電機(jī)3的轉(zhuǎn)速不變，則可使機(jī)身繞x軸旋轉(zhuǎn)（正向和反向），實(shí)現(xiàn)四旋翼無人機(jī)的滾轉(zhuǎn)運(yùn)動。同時(shí)，四旋翼無人機(jī)首先發(fā)生一定程度的傾斜，從而使螺旋槳升力產(chǎn)生水平分量，因此可以實(shí)現(xiàn)四旋翼無人機(jī)的側(cè)向飛運(yùn)動。例如，電機(jī)4的轉(zhuǎn)速上升，電機(jī)2的轉(zhuǎn)速下降，電機(jī)1和電機(jī)3的轉(zhuǎn)速保持不變，無人機(jī)左滾，向左運(yùn)動。3.滾轉(zhuǎn)運(yùn)動、側(cè)向運(yùn)動（左右運(yùn)動）圖1-13滾轉(zhuǎn)運(yùn)動1.2.3飛行控制與圖1-12的原理相同，在圖1-13中，改變電

四旋翼無人機(jī)偏航運(yùn)動可以借助螺旋槳產(chǎn)生的反扭矩來實(shí)現(xiàn)。螺旋槳轉(zhuǎn)動過程中由于空氣阻力作用會形成與轉(zhuǎn)動方向相反的反扭矩，為了克服反扭矩影響，可使四個(gè)螺旋槳中的兩個(gè)正轉(zhuǎn)，兩個(gè)反轉(zhuǎn)，且對角線上的各個(gè)螺旋槳轉(zhuǎn)動方向相同。反扭矩的大小與螺旋槳轉(zhuǎn)速有關(guān)，當(dāng)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速相同時(shí)，四個(gè)螺旋槳產(chǎn)生的反扭矩相互平衡，四旋翼無人機(jī)不發(fā)生轉(zhuǎn)動；當(dāng)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速不完全相同時(shí)，不平衡的反扭矩會引起四旋翼無人機(jī)轉(zhuǎn)動。在圖1-14中，當(dāng)電機(jī)1和電機(jī)3的轉(zhuǎn)速上升，電機(jī)2和電機(jī)4的轉(zhuǎn)速下降時(shí)，螺旋槳1和螺旋槳3對機(jī)身的反扭矩大于螺旋槳2和螺旋槳4對機(jī)身的反扭矩，機(jī)身便在富余反扭矩的作用下繞z軸轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)四旋翼無人機(jī)的向右偏航運(yùn)動，轉(zhuǎn)向與電機(jī)1、電機(jī)3的轉(zhuǎn)向相反。4.偏航運(yùn)動圖1-14偏航運(yùn)動1.2.3飛行控制四旋翼無人機(jī)偏航運(yùn)動可以借助螺旋槳產(chǎn)生的反扭矩寫出1-5對應(yīng)元件名稱及無人機(jī)飛行控制過程。練習(xí)題1.2.3飛行控制寫出1-5對應(yīng)元件名稱及無人機(jī)飛行控制過程。練習(xí)題1.2.31.3無人直升機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理1.3.1結(jié)構(gòu)組成無人直升機(jī)主要由主旋翼、尾漿、起落架、機(jī)身、傳動裝置、動力裝置等構(gòu)成，如圖1-15所示。1.3.1結(jié)構(gòu)組成無人直升機(jī)主要由主旋翼、尾漿、起落架、機(jī)1.主旋翼系統(tǒng)主旋翼系統(tǒng)是直升機(jī)最重要的操縱面，使用操縱機(jī)構(gòu)控制旋翼拉力的大小和方向，實(shí)現(xiàn)對直升機(jī)的主要飛行操縱。直升機(jī)上可以有一個(gè)或兩個(gè)旋翼。通常用雙旋翼系統(tǒng)。1.3無人直升機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理圖1-16雙旋翼直升機(jī)1.主旋翼系統(tǒng)主旋翼系統(tǒng)是直升機(jī)最重要的操縱面，使用操縱機(jī)構(gòu)1.主旋翼系統(tǒng)（1）結(jié)構(gòu)主旋翼系統(tǒng)由自動傾斜器、槳葉和槳轂組成。自動傾斜器又稱斜盤（俗稱十字盤）來改變旋翼槳葉的槳距。自動傾斜器主要由變距拉桿、旋轉(zhuǎn)環(huán)、不旋轉(zhuǎn)環(huán)組成，如圖1-17所示。1.3無人直升機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理1.主旋翼系統(tǒng)主旋翼系統(tǒng)由自動傾斜器、槳葉和槳轂組成。自動傾1.主旋翼系統(tǒng)（2）種類通常全鉸接旋翼系統(tǒng)包含三個(gè)或者更多個(gè)旋翼槳葉。旋翼槳葉可以獨(dú)立的做揮舞、周期變距、擺振三種運(yùn)動。典型的鉸接式槳轂鉸的布置順序（從里向外）是由揮舞鉸、擺振鉸到變距鉸，20世紀(jì)40年代中期，全鉸式旋翼系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。（1）全鉸接旋翼系統(tǒng)1.3無人直升機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理1.主旋翼系統(tǒng)通常全鉸接旋翼系統(tǒng)包含三個(gè)或者更多個(gè)旋翼槳葉。（2）半剛體旋翼系統(tǒng)這種旋翼形式與鉸接式相比，其優(yōu)點(diǎn)是槳轂構(gòu)造簡單，去掉了擺振鉸和減擺器，兩片槳葉共同的揮舞鉸不負(fù)擔(dān)離心力而只傳遞拉力及旋翼力矩，萬向接頭架負(fù)荷比較小，沒有“地面共振”問題。但是這種旋翼操縱功效和角速度阻尼比較小，穩(wěn)定性較差。1.3無人直升機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理（2）半剛體旋翼系統(tǒng)這種旋翼形式與鉸接式相比，其優(yōu)點(diǎn)是槳轂構(gòu)

經(jīng)過長期的理論與試驗(yàn)研究，20世紀(jì)60年代末及70年代初剛體（無鉸式）旋翼系統(tǒng)進(jìn)入了實(shí)用階段。這類系統(tǒng)中槳葉不可以做揮舞和擺振動作，但是可以變距。（3）剛體旋翼系統(tǒng)1.3無人直升機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理（4）無軸承旋翼系統(tǒng)

無軸承旋翼系統(tǒng)就是取消了揮舞鉸、擺振鉸和變距鉸的旋翼系統(tǒng)，槳葉的揮舞、擺振和變距運(yùn)動都以槳葉根部的柔性元件來完成，如美國RAH-66科曼奇直升機(jī)。經(jīng)過長期的理論與試驗(yàn)研究，20世紀(jì)60年代末及72.尾槳大多數(shù)單主旋翼直升機(jī)需要一個(gè)單獨(dú)的尾槳系統(tǒng)來克服主旋翼旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的扭矩。尾槳的結(jié)構(gòu)形式有蹺蹺板式、萬向接頭式、鉸接式、無軸承式、“涵道尾槳”式、無尾槳等等。前面4種在學(xué)習(xí)主旋翼系統(tǒng)時(shí)已經(jīng)介紹，接下來重點(diǎn)介紹涵道尾槳和無尾槳NOTAR。1.3無人直升機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理（1）涵道尾槳涵道尾槳將尾槳縮小，“隱藏”在尾撐端部的巨大開孔里（圖1-21），相當(dāng)于給尾槳安上一個(gè)罩子，這樣大大改善了安全性，不易打到周圍的物體，噪音小。涵道尾槳的缺點(diǎn)是重量較大，這個(gè)問題隨涵道尾槳直徑增加而急劇惡化，所以涵道尾槳難以用到大型直升機(jī)上。2.尾槳大多數(shù)單主旋翼直升機(jī)需要一個(gè)單獨(dú)的尾槳系統(tǒng)來克服主旋無尾槳用噴氣引射和主旋翼下洗氣流的有利交互作用形成反扭力，尾撐頂端的直接噴氣控制提供更精細(xì)的方向控制，但不提供主要的反扭力。NOTAR的噪音比涵道風(fēng)扇更低，安全性更好。但NOTA同樣沒有用到大型直升機(jī)上的例子。在直升機(jī)懸停的時(shí)候，保持方向控制所必需的扭矩中Coanda效應(yīng)提供大約三分之二。（2）無尾槳NOTAR1.3無人直升機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理無尾槳用噴氣引射和主旋翼下洗氣流的有利交互作用形成反扭力，尾3.起落架

直升機(jī)起落架的主要作用是吸收在著陸時(shí)由于有垂直速度而帶來的能量，減少著陸時(shí)撞擊引起的過載，以及保證在整個(gè)使用過程中不發(fā)生“地面共振”。此外，起落架往往還用來使直升機(jī)具有在地面運(yùn)動的能力，減少滑行時(shí)由于地面不平而產(chǎn)生的撞擊與顛簸。最常見的起落架是滑橇式的，適合在不同類型的表面上起降。一些滑橇式起落架安裝了減震器以減少著陸沖擊和震動傳遞到主旋翼。直升機(jī)也可以安裝浮筒式起落架進(jìn)行水上作業(yè)，或者安裝滑雪板式起落架以降落在雪地或者柔軟的地面上。1.3無人直升機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理3.起落架直升機(jī)起落架的主要作用是吸收在著陸時(shí)3.起落架機(jī)輪是另外一種形式的起落架，可以是三點(diǎn)式（前三點(diǎn)式和后三點(diǎn)式）或者是四點(diǎn)式配置。通常為了方便直升機(jī)在地面上滑行，機(jī)頭或者機(jī)尾的起落架設(shè)計(jì)成可以自由旋轉(zhuǎn)的。1.3無人直升機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理3.起落架機(jī)輪是另外一種形式的起落架，可以是三點(diǎn)式（前三點(diǎn)式4.動力和傳動裝置

典型的無人直升機(jī)動力裝置主要使用安裝在機(jī)身上的往復(fù)式發(fā)動機(jī)。發(fā)動機(jī)可以采用垂直安裝或者水平安裝方式，通過傳動裝置將動力傳遞到垂直的主旋翼和尾翼的傳動軸上，如圖1-23所示。典型情況下，發(fā)動機(jī)通過一個(gè)主傳動機(jī)構(gòu)和皮帶或者一個(gè)離心式離合器來驅(qū)動主旋翼。無人直升機(jī)可以采用的另外一種發(fā)動機(jī)是無刷電機(jī)。這種動力裝置結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便，適用于大多數(shù)的小型無人直升機(jī)。1.3無人直升機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理4.動力和傳動裝置典型的無人直升機(jī)動力裝置主要5.飛行控制系統(tǒng)

飛行控制系統(tǒng)主要有陀螺儀（飛行姿態(tài)感知）、加速計(jì)、地磁感應(yīng)、氣壓傳感器（懸停高度粗略控制）、超聲波傳感器（低空高度精確控制或避障）、光流傳感器（懸停水平位置精確確定）、GPS模塊（水平位置高度粗略定位）以及控制電路組成。主要的功能就是自動保持飛機(jī)的正常飛行姿態(tài)。1.3無人直升機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理5.飛行控制系統(tǒng)飛行控制系統(tǒng)主要有陀螺儀（飛1.3.2飛行原理

無人直升機(jī)是一種旋翼航空器，無人直升機(jī)飛行所需的升力是靠旋翼旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的，每一片旋翼葉片都產(chǎn)生升力，這些升力的合力就是無人直升機(jī)的升力。同時(shí)，旋翼又是無人直升機(jī)的操縱面，無人直升機(jī)通過旋翼拉力的傾斜實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退和側(cè)飛。通過控制尾槳“拉力”或“推力”的大小，可以達(dá)到使無人直升機(jī)偏轉(zhuǎn)的目的，從而實(shí)現(xiàn)無人直升機(jī)的轉(zhuǎn)向。1.3無人直升機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理1.3.2飛行原理無人直升機(jī)是一種旋翼航空器1.3.3飛行控制方式簡單來說，上提總距桿，槳葉的槳距和發(fā)動機(jī)輸出功率增加，旋翼升力增加，直升機(jī)上升；下放總距桿，槳葉的槳距和發(fā)動機(jī)輸出功率減小，旋翼升力減小，直升機(jī)下降。1.操縱總距桿實(shí)現(xiàn)無人直升機(jī)上下運(yùn)動2.操縱腳蹬桿實(shí)現(xiàn)直升機(jī)偏航運(yùn)動對方向桿操縱，通過操縱線與尾槳連接，實(shí)現(xiàn)對尾槳的變距，控制尾槳槳葉的槳距，改變尾槳的“拉力”或“推力”。般來說，操縱某一側(cè)方向桿，無人直升機(jī)機(jī)頭就會向該側(cè)偏轉(zhuǎn)。1.3無人直升機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理1.3.3飛行控制方式簡單來說，上提總距桿，槳葉的槳距和發(fā)3.操縱變周期距桿實(shí)現(xiàn)無人直升機(jī)前后左右運(yùn)動（即俯仰和滾轉(zhuǎn)運(yùn)動）當(dāng)周期變距桿偏離中立位置向前，旋翼椎體向前傾斜，直升機(jī)低頭并向前運(yùn)動（圖1-26a）；當(dāng)周期變距桿偏離中立位置向后，旋翼椎體向后傾斜，直升機(jī)抬頭并向后退（圖1-26b）；當(dāng)周期變距桿偏離中立位置向右，旋翼椎體向右傾斜，直升機(jī)向右傾斜并向右側(cè)運(yùn)動（圖1-26c）；當(dāng)周期變距桿偏離中立位置向左，旋翼椎體向左傾斜，直升機(jī)向左傾斜并向左側(cè)運(yùn)動（圖1-26d）圖1-26a圖1-26b圖1-26c圖1-26d1.3無人直升機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理1.3.3飛行控制方式3.操縱變周期距桿實(shí)現(xiàn)無人直升機(jī)前后左右運(yùn)動（即俯仰和滾轉(zhuǎn)運(yùn)1.3無人直升機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理習(xí)題：寫出圖上各數(shù)字對應(yīng)零件名稱及無人機(jī)直升機(jī)操作過程（起飛降落、前后左右、俯仰、橫滾、航向）。習(xí)題：寫出圖上各數(shù)字對應(yīng)零件名稱及無人機(jī)直升機(jī)操作過程（起飛1.4固定翼無人機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理1.4.1結(jié)構(gòu)組成固定翼無人機(jī)大部分由機(jī)身、機(jī)翼、尾翼、起落架和發(fā)動機(jī)組成，如圖1-27所示。1.4固定翼無人機(jī)的結(jié)構(gòu)及飛行原理1.4.1結(jié)構(gòu)組成固1.4.1結(jié)構(gòu)組成1.機(jī)身這種機(jī)身雖然強(qiáng)度和沖擊性較好，但剛度不好，特別是抗扭特性較差和有效容積率較小。（1）構(gòu)架式1.4.1結(jié)構(gòu)組成1.機(jī)身這種機(jī)身雖然強(qiáng)度和沖擊性較好1.4.1結(jié)構(gòu)組成1.機(jī)身這種機(jī)身具有結(jié)構(gòu)簡單、氣動外形光滑及內(nèi)部空間可全部利用的優(yōu)點(diǎn)，但因?yàn)闄C(jī)身的相對載荷較小，而且機(jī)身不可避免要大開口，會使蒙皮材料利用率不高，因開口補(bǔ)強(qiáng)增重較大。所以這種形式的機(jī)身實(shí)際上用得很少。（2）硬殼式圖1-29硬殼式機(jī)身1.4.1結(jié)構(gòu)組成1.機(jī)身這種機(jī)身具有結(jié)構(gòu)簡單、氣動外從桁梁式機(jī)身的受力特點(diǎn)可以看出，在桁梁之間布置大開口不會顯著降低機(jī)身的抗彎強(qiáng)度和剛度。雖然因大開口會減小結(jié)構(gòu)的抗剪強(qiáng)度和剛度而必須補(bǔ)強(qiáng)，但相對桁條式和硬殼式結(jié)構(gòu)的機(jī)身來說，同樣的開口，桁梁式的機(jī)身補(bǔ)強(qiáng)引起的重量增加較少。因此這種形式的機(jī)身便于開較大的艙口。（3）半硬殼式1）桁梁式機(jī)身圖1-30桁梁式機(jī)身1.4.1結(jié)構(gòu)組成從桁梁式機(jī)身的受力特點(diǎn)可以看出，在桁梁之間布置大開口不（3）半硬殼式2）桁條式機(jī)身圖1-31桁條式機(jī)身主要由桁條、隔框和蒙皮組成，如圖1-31所示。桁條和蒙皮較強(qiáng)，是承受機(jī)身力的主要部件。1.4.1結(jié)構(gòu)組成（3）半硬殼式2）桁條式機(jī)身圖1-31桁條式機(jī)身主2.機(jī)翼（1）縱向骨架1)翼梁：是最主要的縱向構(gòu)件，是機(jī)翼主要受力部件。2)縱墻：與翼梁十分相像，二者的區(qū)別在于縱墻的緣條很弱并且不與機(jī)身相連，其長度有時(shí)僅為翼展的一部分。3)桁條：鉚接在蒙皮內(nèi)表面，支持蒙皮以提高