無(wú)人機(jī)植保技術(shù)課件：飛行原理

1.2.1旋翼無(wú)人機(jī)的起源

飛行原理CONTENTS1.2.4多旋翼無(wú)人機(jī)的運(yùn)動(dòng)原理1.2.2多旋翼無(wú)人機(jī)的定義1.2.3螺旋槳升力的產(chǎn)生原理1.2.1旋翼無(wú)人機(jī)的起源1910年，在萊特兄弟所取得的成功的鼓舞下，來(lái)自俄亥俄州的年輕軍事工程師查爾斯?科特林建議使用沒(méi)有人駕駛的飛行器：用鐘表機(jī)械裝置控制飛機(jī)，使其在預(yù)定地點(diǎn)拋掉機(jī)翼并象炸彈一樣落向敵人。在美國(guó)陸軍的支持和資助下，他制成并試驗(yàn)了幾個(gè)模型，取名為“科特林空中魚(yú)雷”、“科特林蟲(chóng)子”。1914年第一次世界大戰(zhàn)有人研制出一種不是有人駕駛而是用無(wú)線電控制的小飛機(jī)。美國(guó)最早于1939年開(kāi)始研制無(wú)人靶機(jī)，后研制出“獵人”和“火蜂Firebee”系列靶機(jī)。1.2.1旋翼無(wú)人機(jī)的起源GeorgedeBothezat在1922年制作出來(lái)“飛天章魚(yú)”。這個(gè)大型的四旋翼直升機(jī)是受美國(guó)軍方的委托而制作，他們是希望可以開(kāi)發(fā)出垂直起降的飛行器。Bothezat沒(méi)有什么耐心來(lái)做原型設(shè)計(jì)，所以他直接開(kāi)始制作原始尺寸的飛行器。該飛行器機(jī)身為65英尺長(zhǎng)、65英尺寬和10英尺高，擁有180HP的發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)幫助其重達(dá)3600磅的機(jī)身離開(kāi)地面。這是早期的技術(shù)，雖然，它只是成功的在離地6英尺的空中徘徊了一分鐘。1.2.1旋翼無(wú)人機(jī)的起源在20世紀(jì)50年代，陸軍繼續(xù)開(kāi)始測(cè)試各種垂直起降方案。Curtiss-Wright是被邀請(qǐng)參與制定了“飛行吉普”和杠桿燃?xì)鉁u輪機(jī)以提高功率與重量比的幾家公司之一。Curtiss-WrightVZ-7的測(cè)試在1959年至1960年期間得到實(shí)現(xiàn)，雖然它相對(duì)穩(wěn)定的，但是它未能達(dá)到的高度和速度的要求，并沒(méi)有更進(jìn)一步地推行該計(jì)劃。我們?cè)谶@上面已經(jīng)有了現(xiàn)代四軸無(wú)人機(jī)的雛形。

1.2.1旋翼無(wú)人機(jī)的起源全世界都在造無(wú)人機(jī)80—90年代，除了美國(guó)和以色列外，其他國(guó)家的許多飛機(jī)制造公司也在從事無(wú)人機(jī)的研制與生產(chǎn)。有些無(wú)人機(jī)研制與供應(yīng)訂貨具有跨國(guó)的特點(diǎn)：美國(guó)公司向以色列空軍提供了“馬巴特”、“沙米特”和“特勒姆”無(wú)人機(jī)；以色列飛機(jī)工業(yè)公司簽訂了向美軍提供“先鋒”和“獵人”無(wú)人機(jī)的合同，并向斯里蘭卡、臺(tái)灣、泰國(guó)、印度提供“搜索者”無(wú)人機(jī)。通常，在批量生產(chǎn)和簽訂購(gòu)買(mǎi)無(wú)人機(jī)合同之前要進(jìn)行長(zhǎng)期的了解性能、試驗(yàn)結(jié)果和作戰(zhàn)使用經(jīng)驗(yàn)和選擇型號(hào)的過(guò)程。例如美國(guó)的“全球鷹”1.2.2多旋翼無(wú)人機(jī)的定義無(wú)人機(jī)簡(jiǎn)稱UAV（UnmannedAerialVehicle），指不載有操作人員可以自主飛行或遙控駕駛的飛行器。多旋翼無(wú)人機(jī)，是一種具有三個(gè)及以上旋翼軸的特殊的無(wú)人駕駛直升機(jī)。其通過(guò)每個(gè)軸上的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)旋翼，從而產(chǎn)生升推力。旋翼的總距固定，而不像一般直升機(jī)那樣可變。通過(guò)改變不同旋翼之間的相對(duì)轉(zhuǎn)速，可以改變單軸推進(jìn)力的大小，從而控制飛行器的運(yùn)行軌跡。1.2.2多旋翼無(wú)人機(jī)的定義無(wú)人機(jī)系統(tǒng)無(wú)人機(jī)及與其配套的通信站、起飛（發(fā)射）回收裝置以及無(wú)人機(jī)的運(yùn)輸、儲(chǔ)存和檢測(cè)裝置等的統(tǒng)稱。事實(shí)上，無(wú)人機(jī)要完成任務(wù)，除需要飛機(jī)及其攜帶的任務(wù)設(shè)備外，還需要有地面控制設(shè)備、數(shù)據(jù)通信設(shè)備、維護(hù)設(shè)備，以及指揮控制和必要的操作、維護(hù)人員等，較大型的無(wú)人機(jī)還需要專門(mén)的發(fā)射/回收裝置。所以說(shuō)，完整意義上的無(wú)人機(jī)應(yīng)稱為無(wú)人機(jī)系統(tǒng)(unmannedAeriaIsystem，UAS)。1.2.3螺旋槳升力的產(chǎn)生原理通常機(jī)翼翼型的上表面凸起較多而下表面比較平直，再加上一定的迎角。這樣，從前緣到后緣，上翼面的氣流流速就比下翼面的流速快，上翼面的靜壓也就比下翼面的靜壓低，兩表面的壓力差產(chǎn)生向上的升力1.2.3螺旋槳升力的產(chǎn)生原理

1.升力公式

其中：影響飛機(jī)升力的因素：機(jī)翼面積、相對(duì)速度、空氣密度、機(jī)翼剖面形狀和安裝角。1.2.3螺旋槳升力的產(chǎn)生原理當(dāng)多旋翼飛行器產(chǎn)生的向上的升力大于飛行器自身向下的重力時(shí)，多旋翼無(wú)人機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)爬升和在空中懸停。1.2.4多旋翼無(wú)人機(jī)的運(yùn)動(dòng)原理（結(jié)構(gòu)形式）從數(shù)量上有：3旋翼，4旋翼，6旋翼，8旋翼等；從結(jié)構(gòu)和分布位置上有：Y型，X型，＋型和H型等。多旋翼飛行器可以以旋翼的數(shù)量及排列形式進(jìn)行氣動(dòng)布局分類：1.2.4多旋翼無(wú)人機(jī)的運(yùn)動(dòng)原理（結(jié)構(gòu)形式）X型X型4 軸飛行器左前方的旋翼一般多為俯視順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。X型前后左右飛行時(shí)加減速電機(jī)較多，操縱性好。1.2.4多旋翼無(wú)人機(jī)的運(yùn)動(dòng)原理（結(jié)構(gòu)形式）＋型優(yōu)點(diǎn)：前后左右飛行控制比較直觀，只需改變少了電機(jī)轉(zhuǎn)速即可實(shí)現(xiàn)；缺點(diǎn)：飛行正前方有螺旋槳，航拍等應(yīng)用時(shí)會(huì)造成影響。1.2.4多旋翼無(wú)人機(jī)的運(yùn)動(dòng)原理（工作原理）（以四旋翼為例）對(duì)于多軸飛行器旋翼既是升力面又是縱橫向和航向的操縱面，通過(guò)改變旋翼速度來(lái)實(shí)現(xiàn)。垂直運(yùn)動(dòng)通過(guò)控制四個(gè)旋翼的轉(zhuǎn)速產(chǎn)生升力實(shí)現(xiàn)垂直運(yùn)動(dòng)或者懸停，且四個(gè)螺旋槳轉(zhuǎn)速必須一致。1.2.4多旋翼無(wú)人機(jī)的運(yùn)動(dòng)原理（工作原理）俯仰運(yùn)動(dòng)橫軸前后側(cè)的螺旋槳轉(zhuǎn)速不同，可實(shí)現(xiàn)俯仰運(yùn)動(dòng)。如實(shí)現(xiàn)向后移動(dòng)則橫軸前側(cè)的螺旋槳加速，橫軸后側(cè)的螺旋槳減速。1.2.4多旋翼無(wú)人機(jī)的運(yùn)動(dòng)原理（工作原理）滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)縱軸左右側(cè)的螺旋槳轉(zhuǎn)速不同，可實(shí)現(xiàn)滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。如實(shí)現(xiàn)向左移動(dòng)則縱軸右側(cè)的螺旋槳加速，縱軸左側(cè)的螺旋槳減速。1.2.4多旋翼無(wú)人機(jī)的運(yùn)動(dòng)原理（工作原理）偏航運(yùn)動(dòng)反扭力矩改變航向。多軸飛行器的旋翼旋轉(zhuǎn)方向一般