無人機(jī)技術(shù)原理18課件

無人機(jī)技術(shù)原理第三章無人機(jī)的動(dòng)力性能分析無人機(jī)的動(dòng)力與性能無人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)類型速度（km/h）使用高度（m）續(xù)航時(shí)間（h）起飛質(zhì)量（kg）適用的無人機(jī)類型活塞發(fā)動(dòng)機(jī)110~2591500~9750（個(gè)別19800）1~4830~1150長航時(shí)、偵察、監(jiān)視、反輻射等渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)160~3904000~61003~4658~1100短距/垂直起降無人機(jī)渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)357~50014000~1600025~321650~3200中空長航時(shí)、攻擊無人機(jī)渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)700~11003000~175000.2~3.0160~2500（個(gè)別可達(dá)13t）靶機(jī)、高速偵察機(jī)、攻擊無人機(jī)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)500~10003000~200003~42600~12000中高空長航時(shí)偵察、監(jiān)視及無人作戰(zhàn)飛機(jī)微型電動(dòng)機(jī)/內(nèi)燃機(jī)/噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)36~7245~150<10<0.1偵察、監(jiān)視、搜索等無人機(jī)動(dòng)力裝置的應(yīng)用范圍無人機(jī)的動(dòng)力與性能活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)無人機(jī)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)是指使用某種燃油為燃料，使其在汽缸里燃燒膨脹，推動(dòng)活塞下行帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，以此形式輸出動(dòng)力的航空發(fā)動(dòng)機(jī)，如圖所示。無人機(jī)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)無人機(jī)的動(dòng)力與性能活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)按照油氣混合物的配置方式，

活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)可以區(qū)分為化油器式發(fā)動(dòng)機(jī)和噴油式發(fā)動(dòng)機(jī)；按氣體進(jìn)入氣缸前是否增壓，

活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)可以區(qū)分為吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)和增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)；按照發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸和螺旋槳之間有無減速器，

活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)可以區(qū)分為直接驅(qū)動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)和非直接驅(qū)動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)；按照氣缸排列的形式，

活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)可以區(qū)分為直列式發(fā)動(dòng)機(jī)、水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)、V型發(fā)動(dòng)機(jī)以及其他類型。無人機(jī)的動(dòng)力與性能活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)無人機(jī)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)基本組件包括活塞、曲軸、連桿、氣缸、進(jìn)排氣門和火花塞等，如圖所示?；钊桨l(fā)動(dòng)機(jī)組成無人機(jī)的動(dòng)力與性能活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)無人機(jī)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)作通常包括進(jìn)氣行程、壓縮行程、膨脹行程和排氣行程，稱之為四沖程循環(huán)過程，如圖所示?；钊桨l(fā)動(dòng)機(jī)四沖程循環(huán)示意圖無人機(jī)的動(dòng)力與性能渦輪式發(fā)動(dòng)機(jī)1.渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)代渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)（簡稱渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)）的結(jié)構(gòu)由進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪和尾噴管組成，如圖所示。渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理無人機(jī)的動(dòng)力與性能渦輪式發(fā)動(dòng)機(jī)2.渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)簡稱渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，就是在渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的的基礎(chǔ)上增加了幾級(jí)渦輪，并由這些渦輪帶動(dòng)一排或幾排風(fēng)扇，風(fēng)扇后的氣流分為兩部分，一部分進(jìn)入壓氣機(jī)（內(nèi)涵道），另一部分則不經(jīng)過燃燒，直接排到空氣中（外涵道）。渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)示意圖無人機(jī)的動(dòng)力與性能渦輪式發(fā)動(dòng)機(jī)3.渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)為了提高效率，人們索性拋去了風(fēng)扇的外涵殼體，用螺旋槳代替了風(fēng)扇，便形成了渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)，簡稱渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)。渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)組成無人機(jī)的動(dòng)力與性能電動(dòng)力系統(tǒng)無人機(jī)的電池主要以鋰聚合物電池為主，特點(diǎn)是能量密度大、重量輕、耐電流數(shù)值較高。無人機(jī)的電機(jī)主要以無刷電機(jī)為主，主要是因?yàn)橛兴㈦姍C(jī)消耗比較大。無刷電機(jī)如圖所示，一頭固定在機(jī)架力臂的電機(jī)座，一頭固定螺旋槳，通過旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生向下的推力。選購電機(jī)也要根據(jù)無人機(jī)的不用應(yīng)用來確定，不同大小、負(fù)載的機(jī)架，需要配合不同規(guī)格、功率的電機(jī)。無人機(jī)電機(jī)的結(jié)構(gòu)組成無人機(jī)的飛行包線無人機(jī)的飛行包線是以飛行速度、高度和過載等作為界限的封閉幾何圖形，如圖3.13所示，用以表示無人機(jī)的飛行范圍和飛行限制條件。比較不同的無人機(jī)包線，可以分析出無人機(jī)飛行性能的優(yōu)劣。無人機(jī)飛行包線示意圖無人機(jī)的飛行包線1.最小速度最小速度是指固定翼無人機(jī)能維持平穩(wěn)飛行的最小速度。固定翼無人機(jī)最大速度受限于以下兩方面因素：1)速壓與無人機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。2)發(fā)動(dòng)機(jī)剩余推力。2.最大高度最小速度隨高度遞增，最大速度隨高度遞減，最終他們會(huì)在某個(gè)高度相連，這個(gè)點(diǎn)就是理論最高升限。3.過載/速度表。無人機(jī)的性能計(jì)算固定翼無人機(jī)的性能計(jì)算1.定直平飛性能2.定常直線上升性能通常所有發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)于機(jī)體對(duì)稱，并且相對(duì)于機(jī)體坐標(biāo)系有一個(gè)安裝角φp，如圖所示。無人機(jī)在定常直線上升飛行時(shí)（忽略迎角及發(fā)動(dòng)機(jī)安裝角）的運(yùn)動(dòng)方程為其中Vy為上升率，θ為爬升角。根據(jù)以上方程可以得出無人機(jī)在不同飛行狀態(tài)（H，Ma）下的上升率：飛機(jī)在同一高度下的最大上升率為:無人機(jī)的性能計(jì)算無人直升機(jī)的性能計(jì)算電動(dòng)無人直升機(jī)續(xù)航時(shí)間T的表達(dá)式為：電動(dòng)無人直升機(jī)的最大航程可以表示為：為電池比能量的溫度特性系數(shù)；為電池常溫時(shí)的比能量，W?h/kg；為電池的重量；為直升機(jī)某高度飛行時(shí)電池的輸出功率，W按照功率平衡關(guān)系，電動(dòng)無人直升機(jī)的單位需用功率和電池的輸出功率之間的關(guān)系為：式中，為功率利用系數(shù)；為直升機(jī)單位需用功率；G為直升機(jī)總重。可得到電動(dòng)無人直升機(jī)最大續(xù)航時(shí)間的近似表達(dá)式：無人機(jī)的性能計(jì)算多旋翼無人機(jī)的性能計(jì)算多旋翼無人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)由航模電池、電子調(diào)速器、直流無刷電機(jī)和螺旋槳四個(gè)部分組成，各組件的參數(shù)指標(biāo)如表所示。多旋翼無人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)組件的參數(shù)指標(biāo)無人機(jī)的性能計(jì)算多旋翼無人機(jī)的性能計(jì)算1.螺旋槳螺旋槳是直接產(chǎn)生推力的部件，同樣是以追求效率為第一目的。匹配的電機(jī)、電調(diào)和螺旋槳搭配，可以在相同的推力下耗用更少的電量，能夠延長多旋翼的續(xù)航時(shí)間。2.電機(jī)多旋翼的電機(jī)主要以無刷直流電機(jī)為主，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。無刷直流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)靠電子電路換向，這樣極大的減少了電火花對(duì)遙控?zé)o線電設(shè)備的干擾，也減小了噪音。3.電調(diào)電調(diào)全稱電子調(diào)速器，最