第一章無人機結構與飛行原理

根據不同平臺構型，無人機主要分為固定翼無人機、無人直升機和多旋翼無人機三大平臺。本章主要介紹了固定翼無人機、無人直升機和多旋翼無人機的結構組成及飛行原理和飛行控制，以便讀者全面系統地認識無人機機體平臺及原理。學習導論第一章無人機結構與飛行原理第一章無人機結構與飛行原理根據不同學習目標1.掌握多旋翼無人機結構組成名稱及每種結構主要參數；2.了解每種結構功能及選用注意事項；3.掌握多旋翼飛行原理及飛行操縱；4.了解六自由度、機體坐標及飛行姿態；5.掌握無人直升機結構組成名稱、槳轂種類及自動傾斜器組成；6.了解每種結構組成；7.掌握無人直升機飛行原理、飛行操縱及常見無人直升機結構型式；8.了解無人直升機種類；9.掌握固定翼無人機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.掌握固定翼無人機阻力種類及減阻措施；12.了解各種阻力產生的原因。第一章無人機結構與飛行原理第一章無人機結構與飛行原理學習目標1.掌握多旋翼無人機結構組成名稱及每種結構主要參數；第一章無人機結構與飛行原理第一章無人機結構與飛行原理機體坐標軸和基本運動狀態第一節多旋翼無人機的結構及飛行原理第二節無人直升機的結構及飛行原理第三節固定翼無人機的結構及飛行原理第四節第一章第一章機體坐標軸和基本運動狀態第一節多旋翼無人機的結構1.1機體坐標軸和基本運動狀態1.1機體坐標軸和基本運動狀態

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

多旋翼無人機實質上是屬于直升機的范疇，按軸數分為三軸、四軸、六軸、八軸等。按電機個數分為三旋翼、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型結構的任務載荷前方的視野比I型的更加開闊，且控制靈活，所以在實際應用中，多旋翼無人機大多采用X型外形結構。但對于初學者，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結構組成多旋翼無人機實質上是屬1)塑料：具有一定的剛度、強度和可彎曲度，易加工且價格便宜。2)玻璃纖維：剛度和強度比較高，加工困難，價格較高，但密度小，可以減輕整體機架的重量。3)碳纖維：剛度和強度高，加工困難，價格較高，但密度小，可以減輕整體機架的重量。出于結構強度和重量考慮，一般采用碳纖維材質。1.2.1結構組成1.機架（1）材質（2）軸距軸距是多旋翼無人機的重要尺寸參數，是指多旋翼無人機兩個驅動軸軸心的距離，即為對角線上的兩電機軸心的距離，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，F5501.機架（1）材質（2）軸距軸距是多旋翼無人機的重要尺寸參數2.電機（1）尺寸在無刷電機的銘牌上有一組四位數字，如2212、2216等，如圖1-6所示。用它來表示電機的尺寸，前面兩位數字是電機轉子的內直徑，后面兩位數字是電機轉子的高度，單位為毫米。例如2212電機的內直徑為22mm，轉子的高度為12mm。前面兩位數字越大，電機越肥，后面兩位數字越大，電機越高。高大粗壯的電機，功率就更大，適合做更大的多旋翼無人機。（2）KV值在無刷電機的銘牌上還有一組數字，如KV950，如圖1-6所示。用它來表示當電機的輸入電壓增加1伏特，無刷電機空轉轉速增加的轉速值，單位是“轉速/伏特”（RPM/V）。例如KV950電機，外加1V電壓，電機空轉時每分鐘轉950轉；外加2V電壓，電機的空轉轉速就1900轉/分；電壓為10V的時候，電機的空轉轉速達到9500轉/分。單從KV值，不可以評價電機的好壞，因為不同KV值適用不同尺寸的螺旋槳。KV值小的電機的繞線匝數更多更密，能承受更大的電流，所以可以產生更大的扭矩去驅動更大尺寸的螺旋漿；相反，KV值大的電機的繞線匝數少，產生的扭矩小，適合驅動小尺寸的螺旋漿。圖1-6電機1.2.1結構組成2.電機（1）尺寸在無刷電機的銘牌上有一組四位數字，如2213.電子調速器(ESC)（1）電調的作用1)電機調速：將飛控的控制信號轉化為電流的大小，控制電機的轉速。2)變壓供電：將電池電壓變為飛控板和遙控接收機需要的電壓。3)電源轉化：將電池直流電轉換為交流電供給無刷電機。4)其他功能：如電池保護、啟動保護、剎車等。（3）常用電調無刷電調按照電流分為30A、40A、50A、60A、80A、120A電調等；按品牌分為好盈、銀燕、新西達、中特威等，還有一些較為昂貴的電調，如蝎子和風凰等。（2）電調的參數1)最大持續/峰值電流：是無刷電調最重要的參數，通常以安培數A來表示，如10A、20A、30A（如圖1-7所示）2)電壓范圍：電調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。3)內阻：電調都有內阻，通過電調的電流有時可以達到幾十安培，所以電調的發熱功率不能被忽視。4)刷新頻率：電機響應速度很大程度上依賴于電調刷新頻率。5)可編程特性：通過調整電調內部參數，可以使電調的性能達到最佳。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置電調參數。圖1-7電調1.2.1結構組成3.電子調速器(ESC)（1）電調的作用1)電機調速：將飛控4.電池（1）連接放式

電池串聯可以獲得更大的電壓，但電池容量保持不變；電池并聯可以得到更大容量，但電壓不變。通過電池合理的串并聯組合，可以獲得無人機飛行所需要的電壓和容量。通常用字母“S”表示電池串聯，用字母“P”表示電池并聯，如圖1-9所示。圖1-9電池連接方式a)3S1Pb)3S2P1.2.1結構組成4.電池（1）連接放式電池串聯可以獲得更大的電4.電池（2）參數1)電壓：鋰電池單節電壓3.7V。2)容量：電池容量用毫安時（mAh）表示，電池的容量越大，存儲的能量就越大，可以是供的續航時間就越長，不過相應的重量也越大。如1000mAh電池，如果以1000mA放電，可持續放電1h。如果以500mA放電，可以持續放電2h。3)充放電倍率C：表示電池充放電時的電流大小，是充放電快慢的量度，其計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組是單節鋰電引出線（與S數有關），充電時按說明書，都插入充電器內，就可以進行平衡充電了。1.2.1結構組成圖上各數字字母含義？該電池容量為2200mAh；3S1P表示3塊鋰電池串聯；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1)電壓：鋰電池單節電壓3.7V。圖上各數5.螺旋槳（1）型號螺旋槳的型號采用四位數字來描述，前兩位數字指的是螺旋槳的直徑，后兩位數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。順時針旋轉的螺旋槳稱為正漿，逆時針旋轉的螺旋槳稱為反漿。安裝的時候，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旋轉方向一致）。（3）電機與螺旋槳的搭配（2）正反槳大螺旋槳就需要采用低KV電機，小螺旋槳就需要采用高KV電機（因為需要用轉速來彌補升力不足）。不同的電機需要使用對應的螺旋槳，如表1-1所示。表1-1電機與螺旋槳的搭配1.2.1結構組成5.螺旋槳（1）型號螺旋槳的型號采用四位數字來描述，前兩位數6.飛行控制系統

飛行控制系統是多旋翼無人機的核心設備，飛控系統的好壞從本質上決定了無人機的飛行性能。飛行控制系統集成了高精度的感應器元件，主要由陀螺儀（飛行姿態感知）、加速計、角速度計、氣壓計、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，能夠精準地感應并計算出無人機的飛行姿態等數據，再通過主控制單元實現精準定位懸停和自主平穩飛行。根據機型的不一樣，可以有不同類型的飛行控制系統，有支持固定翼、多旋翼及直升機的飛行控制系統。1.2.1結構組成6.飛行控制系統飛行控制系統是多旋翼無人機的7.遙控系統（1）通道數常用的遙控系統有單通道、兩通道直至十通道，具體使用幾通道，由無人機的種類及用途而定。較為簡單的單通道、兩通道的遙控系統，一般用來控制練習機、滑翔機。遙控特技固定翼無人機則最少需四個通道，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還需控制襟翼、收起落架等，至少需要六個通道。四旋翼無人機遙控系統最少需要四通道。（2）遙控距離遙控距離的確定仍然需視無人機的種類和用途而定。對于近距離飛行的小型無人機，選用遙控距離為200米的遙控系統；對于無人靶機、飛艇或大型無人機，有時在空中要飛出數公里，就要選用遙控距離至少有1000米的遙控系統。遙控系統由遙控器（見圖1-10a））和接收機（見圖1-10b））組成，是整個飛行系統的無線控制終端。遙控器與接收機之間通過無線電波進行通信，常用的無線電頻率為72MHz和2.4GHz，目前常用2.4GHz無線通信，因為它具有頻率高、功耗低、體積小、反應快、精度高等優點。目前常用的調制方式有脈沖位置調制（PulsePositionModulation，簡稱PPM，又稱脈位調制）和脈沖編碼調制（PulseCodeModulation，簡稱PCM，又稱脈碼調制）兩種。a)遙控器b)接收機圖1-10遙控系統1.2.1結構組成7.遙控系統（1）通道數常用的遙控系統有單通道、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，簡單地說，流體的速度越大，靜壓力越小；速度越小，靜壓力越大。升力公式？

以四旋翼無人機為例，詳細講解如下：如圖1-11所示，電機1和電機3逆時針旋轉的同時，電機2和電機4順時針旋轉，因此當無人機平衡飛行時，陀螺效應和空氣動力扭矩效應均被抵消。與電動直升機相比，四旋翼飛行器有下列優勢：各個旋翼對機身所施加的反扭矩與旋翼的旋轉方向相反，因此當電機1和電機3逆時針旋轉的同時，電機2和電機4順時針旋轉，可以平衡旋翼對機身的反扭矩。四旋翼無人機在空間共有六個自由度（分別沿3個坐標軸作平移和旋轉動作），這六個自由度的控制都可以通過調節不同電機的轉速來實現，但只有四個輸入力，所以它又是一種欠驅動系統。圖1-11四旋翼無人機飛行原理1.2多旋翼無人機的結構及飛行原理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，簡1.2.3飛行控制

圖1-11中，當同時增加四個電機的輸出功率，螺旋槳轉速增加使得總的升力增大，當總升力足以克服整機的重量時，四旋翼無人機便離地垂直上升；反之，同時減小四個電機的輸出功率，四旋翼無人機則垂直下降，直至平衡落地，實現了沿z軸的垂直運動。當外界擾動量為零時，在螺旋槳產生的升力等于四旋翼無人機的自重時，四旋翼無人機便保持懸停狀態。保證四個螺旋槳轉速同步增加或減小是垂直運動的關鍵。圖1-11四旋翼無人機飛行原理1.垂直運動，即升降控制1.2多旋翼無人機的結構及飛行原理1.2.3飛行控制圖1-11中，當同時增加四1.2.3飛行控制

圖1-12中，電機1的轉速上升，電機3的轉速下降，電機2和電機4的轉速保持不變。為了不因為螺旋槳轉速的改變引起四旋翼無人機整體扭矩及總拉力改變，螺旋槳1與螺旋槳3轉速變量的大小應相等。由于螺旋槳1的升力上升，螺旋槳3的升力下降，產生的不平衡力矩使機身繞y軸旋轉（方向如圖1-12）；四旋翼無人機首先發生一定程度的傾斜，從而使螺旋槳升力產生水平分量，因此可以實現四旋翼無人機的后飛運動。抬頭，向后飛。同理，當電機1的轉速下降，電機3的轉速上升，機身便繞y軸向另一個方向旋轉，低頭，向前飛，實現四旋翼無人機的俯仰運動及前后運動。2.俯仰運動、前后運動圖1-12俯仰運動1.2.3飛行控制圖1-12中，電機1的轉速上

與圖1-12的原理相同，在圖1-13中，改變電機2和電機4的轉速，保持電機1和電機3的轉速不變，則可使機身繞x軸旋轉（正向和反向），實現四旋翼無人機的滾轉運動。同時，四旋翼無人機首先發生一定程度的傾斜，從而使螺旋槳升力產生水平分量，因此可以實現四旋翼無人機的側向飛運動。例如，電機4的轉速上升，電機2的轉速下降，電機1和電機3的轉速保持不變，無人機左滾，向左運動。3.滾轉運動、側向運動（左右運動）圖1-13滾轉運動1.2.3飛行控制與圖1-12的原理相同，在圖1-13中，改變電

四旋翼無人機偏航運動可以借助螺旋槳產生的反扭矩來實現。螺旋槳轉動過程中由于空氣阻力作用會形成與轉動方向相反的反扭矩，為了克服反扭矩影響，可使四個螺旋槳中的兩個正轉，兩個反轉，且對角線上的各個螺旋槳轉動方向相同。反扭矩的大小與螺旋槳轉速有關，當四個電機轉速相同時，四個螺旋槳產生的反扭矩相互平衡，四旋翼無人機不發生轉動；當四個電機轉速不完全相同時，不平衡的反扭矩會引起四旋翼無人機轉動。在圖1-14中，當電機1和電機3的轉速上升，電機2和電機4的轉速下降時，螺旋槳1和螺旋槳3對機身的反扭矩大于螺旋槳2和螺旋槳4對機身的反扭矩，機身便在富余反扭矩的作用下繞z軸轉動，實現四旋翼無人機的向右偏航運動，轉向與電機1、電機3的轉向相反。4.偏航運動圖1-14偏航運動1.2.3飛行控制四旋翼無人機偏航運動可以借助螺旋槳產生的反扭矩寫出1-5對應元件名稱及無人機飛行控制過程。練習題1.2.3飛行控制寫出1-5對應元件名稱及無人機飛行控制過程。練習題1.2.31.3無人直升機的結構及飛行原理1.3.1結構組成無人直升機主要由主旋翼、尾漿、起落架、機身、傳動裝置、動力裝置等構成，如圖1-15所示。1.3.1結構組成無人直升機主要由主旋翼、尾漿、起落架、機1.主旋翼系統主旋翼系統是直升機最重要的操縱面，使用操縱機構控制旋翼拉力的大小和方向，實現對直升機的主要飛行操縱。直升機上可以有一個或兩個旋翼。通常用雙旋翼系統。1.3無人直升機的結構及飛行原理圖1-16雙旋翼直升機1.主旋翼系統主旋翼系統是直升機最重要的操縱面，使用操縱機構1.主旋翼系統（1）結構主旋翼系統由自動傾斜器、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、旋轉環、不旋轉環組成，如圖1-17所示。1.3無人直升機的結構及飛行原理1.主旋翼系統主旋翼系統由自動傾斜器、槳葉和槳轂組成。自動傾1.主旋翼系統（2）種類通常全鉸接旋翼系統包含三個或者更多個旋翼槳葉。旋翼槳葉可以獨立的做揮舞、周期變距、擺振三種運動。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40年代中期，全鉸式旋翼系統得到廣泛應用。（1）全鉸接旋翼系統1.3無人直升機的結構及飛行原理1.主旋翼系統通常全鉸接旋翼系統包含三個或者更多個旋翼槳葉。（2）半剛體旋翼系統這種旋翼形式與鉸接式相比，其優點是槳轂構造簡單，去掉了擺振鉸和減擺器，兩片槳葉共同的揮舞鉸不負擔離心力而只傳遞拉力及旋翼力矩，萬向接頭架負荷比較小，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，穩定性較差。1.3無人直升機的結構及飛行原理（2）半剛體旋翼系統這種旋翼形式與鉸接式相比，其優點是槳轂構

經過長期的理論與試驗研究，20世紀60年代末及70年代初剛體（無鉸式）旋翼系統進入了實用階段。這類系統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1.3無人直升機的結構及飛行原理（4）無軸承旋翼系統

無軸承旋翼系統就是取消了揮舞鉸、擺振鉸和變距鉸的旋翼系統，槳葉的揮舞、擺振和變距運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。經過長期的理論與試驗研究，20世紀60年代末及72.尾槳大多數單主旋翼直升機需要一個單獨的尾槳系統來克服主旋翼旋轉產生的扭矩。尾槳的結構形式有蹺蹺板式、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種在學習主旋翼系統時已經介紹，接下來重點介紹涵道尾槳和無尾槳NOTAR。1.3無人直升機的結構及飛行原理（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），相當于給尾槳安上一個罩子，這樣大大改善了安全性，不易打到周圍的物體，噪音小。涵道尾槳的缺點是重量較大，這個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上。2.尾槳大多數單主旋翼直升機需要一個單獨的尾槳系統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的方向控制，但不提供主要的反扭力。NOTAR的噪音比涵道風扇更低，安全性更好。但NOTA同樣沒有用到大型直升機上的例子。在直升機懸停的時候，保持方向控制所必需的扭矩中Coanda效應提供大約三分之二。（2）無尾槳NOTAR1.3無人直升機的結構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

直升機起落架的主要作用是吸收在著陸時由于有垂直速度而帶來的能量，減少著陸時撞擊引起的過載，以及保證在整個使用過程中不發生“地面共振”。此外，起落架往往還用來使直升機具有在地面運動的能力，減少滑行時由于地面不平而產生的撞擊與顛簸。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。直升機也可以安裝浮筒式起落架進行水上作業，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無人直升機的結構及飛行原理3.起落架直升機起落架的主要作用是吸收在著陸時3.起落架機輪是另外一種形式的起落架，可以是三點式（前三點式和后三點式）或者是四點式配置。通常為了方便直升機在地面上滑行，機頭或者機尾的起落架設計成可以自由旋轉的。1.3無人直升機的結構及飛行原理3.起落架機輪是另外一種形式的起落架，可以是三點式（前三點式4.動力和傳動裝置

典型的無人直升機動力裝置主要使用安裝在機身上的往復式發動機。發動機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，發動機通過一個主傳動機構和皮帶或者一個離心式離合器來驅動主旋翼。無人直升機可以采用的另外一種發動機是無刷電機。這種動力裝置結構簡單、維護方便，適用于大多數的小型無人直升機。1.3無人直升機的結構及飛行原理4.動力和傳動裝置典型的無人直升機動力裝置主要5.飛行控制系統

飛行控制系統主要有陀螺儀（飛行姿態感知）、加速計、地磁感應、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的正常飛行姿態。1.3無人直升機的結構及飛行原理5.飛行控制系統飛行控制系統主要有陀螺儀（飛1.3.2飛行原理

無人直升機是一種旋翼航空器，無人直升機飛行所需的升力是靠旋翼旋轉產生的，每一片旋翼葉片都產生升力，這些升力的合力就是無人直升機的升力。同時，旋翼又是無人直升機的操縱面，無人直升機通過旋翼拉力的傾斜實現前進、后退和側飛。通過控制尾槳“拉力”或“推力”的大小，可以達到使無人直升機偏轉的目的，從而實現無人直升機的轉向。1.3無人直升機的結構及飛行原理1.3.2飛行原理無人直升機是一種旋翼航空器1.3.3飛行控制方式簡單來說，上提總距桿，槳葉的槳距和發動機輸出功率增加，旋翼升力增加，直升機上升；下放總距桿，槳葉的槳距和發動機輸出功率減小，旋翼升力減小，直升機下降。1.操縱總距桿實現無人直升機上下運動2.操縱腳蹬桿實現直升機偏航運動對方向桿操縱，通過操縱線與尾槳連接，實現對尾槳的變距，控制尾槳槳葉的槳距，改變尾槳的“拉力”或“推力”。般來說，操縱某一側方向桿，無人直升機機頭就會向該側偏轉。1.3無人直升機的結構及飛行原理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3.操縱變周期距桿實現無人直升機前后左右運動（即俯仰和滾轉運動）當周期變距桿偏離中立位置向前，旋翼椎體向前傾斜，直升機低頭并向前運動（圖1-26a）；當周期變距桿偏離中立位置向后，旋翼椎體向后傾斜，直升機抬頭并向后退（圖1-26b）；當周期變距桿偏離中立位置向右，旋翼椎體向右傾斜，直升機向右傾斜并向右側運動（圖1-26c）；當周期變距桿偏離中立位置向左，旋翼椎體向左傾斜，直升機向左傾斜并向左側運動（圖1-26d）圖1-26a圖1-26b圖1-26c圖1-26d1.3無人直升機的結構及飛行原理1.3.3飛行控制方式3.操縱變周期距桿實現無人直升機前后左右運動（即俯仰和滾轉運1.3無人直升機的結構及飛行原理習題：寫出圖上各數字對應零件名稱及無人機直升機操作過程（起飛降落、前后左右、俯仰、橫滾、航向）。習題：寫出圖上各數字對應零件名稱及無人機直升機操作過程（起飛1.4固定翼無人機的結構及飛行原理1.4.1結構組成固定翼無人機大部分由機身、機翼、尾翼、起落架和發動機組成，如圖1-27所示。1.4固定翼無人機的結構及飛行原理1.4.1結構組成固1.4.1結構組成1.機身

這種機身雖然強度和沖擊性較好，但剛度不好，特別是抗扭特性較差和有效容積率較小。（1）構架式1.4.1結構組成1.機身這種機身雖然強度和沖擊性較好1.4.1結構組成1.機身

這種機身具有結構簡單、氣動外形光滑及內部空間可全部利用的優點，但因為機身的相對載荷較小，而且機身不可避免要大開口，會使蒙皮材料利用率不高，因開口補強增重較大。所以這種形式的機身實際上用得很少。（2）硬殼式圖1-29硬殼式機身1.4.1結構組成1.機身這種機身具有結構簡單、氣動外

從桁梁式機身的受力特點可以看出，在桁梁之間布置大開口不會顯著降低機身的抗彎強度和剛度。雖然因大開口會減小結構的抗剪強度和剛度而必須補強，但相對桁條式和硬殼式結構的機身來說，同樣的開口，桁梁式的機身補強引起的重量增加較少。因此這種形式的機身便于開較大的艙口。（3）半硬殼式1）桁梁式機身圖1-30桁梁式機身1.4.1結構組成從桁梁式機身的受力特點可以看出，在桁梁之間布置大開口不

（3）半硬殼式2）桁條式機身圖1-31桁條式機身主要由桁條、隔框和蒙皮組成，如圖1-31所示。桁條和蒙皮較強，是承受機身力的主要部件。1.4.1結構組成（3）半硬殼式2）桁條式機身圖1-31桁條式機身主2.機翼（1）縱向骨架

1)翼梁：是最主要的縱向構件，是機翼主要受力部件。

2)縱墻：與翼梁十分相像，二者的區別在于縱墻的緣條很弱并且不與機身相連，其長度有時僅為翼展的一部分。

3)桁條：鉚接在蒙皮內表面，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結構組成2.機翼（1）縱向骨架1)翼梁：2)縱墻：3)桁條：2.機翼（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。1.4.1結構組成（3）蒙皮2.機翼（2）橫向骨架1)普通翼肋：2)加強翼肋：3.尾翼尾翼是固定翼無人機的重要部件之一。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結構組成3.尾翼尾翼是固定翼無人機的重要部件之一。尾翼由垂直尾翼和水4.起落架1.4.1結構組成滑撬式滑板式浮筒式機輪式4.起落架1.4.1結構組成滑撬式滑板式浮筒式機1.4.2飛行原理1.飛機飛行時受到的作用力飛機在飛行時會受到4個基本的作用力：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.飛機飛行時受到的作用力飛機在飛行時會受(1)升力1.4.2飛行原理(1)升力1.4.2飛行原理提問:當飛機在勻速下降準備降落時,升力和重力是否相等？牛頓三大運動定律第一定律：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，當飛機在天上保持等速直線飛行時，這時飛機所受的合力為零，與一般人想象不同的是，當飛機降落保持相同下沉率下降，這時升力與重力的合力仍是零，升力并未減少，否則飛機會越掉越快。提問:當飛機在勻速下降準備降落時,升力和重力是否相等？牛頓三4748對高速飛機來說，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，因此增大飛機的迎角可以使升力增加，然而對現代的超音速飛機而言，即使迎角達到極限，升力仍然不夠。如果不采取適當措施，則必須加大起飛和降落時的速度，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。解決這個問題的措施就是在機翼上采用增升裝置。

增升裝置用于增大飛機的最大升力系數，從而縮短飛機在起飛著陸階段的地面滑跑距離。48對高速飛機來說，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剖面來看看它的工作原理（如圖所示）。前緣縫翼延緩機翼的氣流分離現象，以提高臨界迎角和最大升力系數。前緣縫翼打開時，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（即相當于沒有安裝前緣縫翼），隨著迎角的增大，機翼上表面的分離區逐漸向前移，當迎角增大到臨界迎角時，機翼的升力系數急劇下降，機翼失速。當前緣縫翼打開時，它與機翼前緣表面形成一道縫隙，下翼面壓強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，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，使得升力系數提高。前緣縫翼打開時，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（即相當于沒有安裝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：一是延緩機翼上的氣流分離，提高了飛機的臨界迎角，使得飛機在更大的迎角下才會發生失速；二是增大機翼的升力系數。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翼的臨界迎角時才使用，因為只有在這種情況下，機翼上才會產生氣流分離。增升裝置介紹-前緣縫翼因此，前緣縫翼的作用主要有兩個：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翼前緣上，與基本機翼之間構成一條固定的狹縫，不能隨迎角的改變而開閉。它的優點是結構簡單，但在飛行速度增加時，所受到的阻力也急劇增大，目前應用不多，只有在早期低速飛機上使用。自動式前緣縫翼：自動式前緣縫翼用滑動機構與機翼相連，它可以根據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翼上，處于閉合狀態；當迎角增大到一定程度，機翼前緣的空氣動力變為吸力，將前緣縫翼自動吸開。自動式前緣縫翼的優點是顯而易見的，目前應用十分廣泛。自動式前緣縫翼機翼本身縫翼打開操縱機構縫翼合閉固定式前緣縫翼縫翼機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–

后緣襟翼在機翼上安裝襟翼可以增加機翼面積，提高機翼的升力系數。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翼后緣。當襟翼下放時，機翼面積增大，升力增大，同時阻力也增大，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–后緣襟翼在機翼上安裝襟翼可以增加機翼面積，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，其構造簡單。簡單襟翼在不偏轉時形成機翼后緣的一部分，當放下（即向下偏轉）時，相當于增大了

機翼的彎度，從而使升力增大。當它在著陸偏轉

50～60度時，大約能使升力系數增大65％～75％。分裂襟翼：也稱為開裂襟翼，象一塊薄板，緊貼于機翼后緣下表面并形成機翼的一部分。使用時放下(即向下旋轉)，在后緣與機翼之間形成一個低壓區，對機翼上表面的氣流有吸引作用，使氣流流速增