無人機(jī)植保技術(shù)課件：飛行原理

1.2.1旋翼無人機(jī)的起源

飛行原理CONTENTS1.2.4多旋翼無人機(jī)的運(yùn)動原理1.2.2多旋翼無人機(jī)的定義1.2.3螺旋槳升力的產(chǎn)生原理1.2.1旋翼無人機(jī)的起源1910年，在萊特兄弟所取得的成功的鼓舞下，來自俄亥俄州的年輕軍事工程師查爾斯?科特林建議使用沒有人駕駛的飛行器：用鐘表機(jī)械裝置控制飛機(jī)，使其在預(yù)定地點拋掉機(jī)翼并象炸彈一樣落向敵人。在美國陸軍的支持和資助下，他制成并試驗了幾個模型，取名為“科特林空中魚雷”、“科特林蟲子”。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線電控制的小飛機(jī)。美國最早于1939年開始研制無人靶機(jī)，后研制出“獵人”和“火蜂Firebee”系列靶機(jī)。1.2.1旋翼無人機(jī)的起源GeorgedeBothezat在1922年制作出來“飛天章魚”。這個大型的四旋翼直升機(jī)是受美國軍方的委托而制作，他們是希望可以開發(fā)出垂直起降的飛行器。Bothezat沒有什么耐心來做原型設(shè)計，所以他直接開始制作原始尺寸的飛行器。該飛行器機(jī)身為65英尺長、65英尺寬和10英尺高，擁有180HP的發(fā)動機(jī)來幫助其重達(dá)3600磅的機(jī)身離開地面。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旋翼無人機(jī)的起源在20世紀(jì)50年代，陸軍繼續(xù)開始測試各種垂直起降方案。Curtiss-Wright是被邀請參與制定了“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的測試在1959年至1960年期間得到實現(xiàn)，雖然它相對穩(wěn)定的，但是它未能達(dá)到的高度和速度的要求，并沒有更進(jìn)一步地推行該計劃。我們在這上面已經(jīng)有了現(xiàn)代四軸無人機(jī)的雛形。

1.2.1旋翼無人機(jī)的起源全世界都在造無人機(jī)80—90年代，除了美國和以色列外，其他國家的許多飛機(jī)制造公司也在從事無人機(jī)的研制與生產(chǎn)。有些無人機(jī)研制與供應(yīng)訂貨具有跨國的特點：美國公司向以色列空軍提供了“馬巴特”、“沙米特”和“特勒姆”無人機(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”無人機(jī)的合同，并向斯里蘭卡、臺灣、泰國、印度提供“搜索者”無人機(jī)。通常，在批量生產(chǎn)和簽訂購買無人機(jī)合同之前要進(jìn)行長期的了解性能、試驗結(jié)果和作戰(zhàn)使用經(jīng)驗和選擇型號的過程。例如美國的“全球鷹”1.2.2多旋翼無人機(jī)的定義無人機(jī)簡稱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。多旋翼無人機(jī)，是一種具有三個及以上旋翼軸的特殊的無人駕駛直升機(jī)。其通過每個軸上的電動機(jī)轉(zhuǎn)動，帶動旋翼，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。通過改變不同旋翼之間的相對轉(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多旋翼無人機(jī)的定義無人機(jī)系統(tǒng)無人機(jī)及與其配套的通信站、起飛（發(fā)射）回收裝置以及無人機(jī)的運(yùn)輸、儲存和檢測裝置等的統(tǒng)稱。事實上，無人機(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，較大型的無人機(jī)還需要專門的發(fā)射/回收裝置。所以說，完整意義上的無人機(jī)應(yīng)稱為無人機(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，多旋翼無人機(jī)就可以實現(xiàn)爬升和在空中懸停。1.2.4多旋翼無人機(jī)的運(yùn)動原理（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)行氣動布局分類：1.2.4多旋翼無人機(jī)的運(yùn)動原理（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針旋轉(zhuǎn)。X型前后左右飛行時加減速電機(jī)較多，操縱性好。1.2.4多旋翼無人機(jī)的運(yùn)動原理（結(jié)構(gòu)形式）＋型優(yōu)點：前后左右飛行控制比較直觀，只需改變少了電機(jī)轉(zhuǎn)速即可實現(xiàn)；缺點：飛行正前方有螺旋槳，航拍等應(yīng)用時會造成影響。1.2.4多旋翼無人機(jī)的運(yùn)動原理（工作原理）（以四旋翼為例）對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，通過改變旋翼速度來實現(xiàn)。垂直運(yùn)動通過控制四個旋翼的轉(zhuǎn)速產(chǎn)生升力實現(xiàn)垂直運(yùn)動或者懸停，且四個螺旋槳轉(zhuǎn)速必須一致。1.2.4多旋翼無人機(jī)的運(yùn)動原理（工作原理）俯仰運(yùn)動橫軸前后側(cè)的螺旋槳轉(zhuǎn)速不同，可實現(xiàn)俯仰運(yùn)動。如實現(xiàn)向后移動則橫軸前側(cè)的螺旋槳加速，橫軸后側(cè)的螺旋槳減速。1.2.4多旋翼無人機(jī)的運(yùn)動原理（工作原理）滾轉(zhuǎn)運(yùn)動縱軸左右側(cè)的螺旋槳轉(zhuǎn)速不同，可實現(xiàn)滾轉(zhuǎn)運(yùn)動。如實現(xiàn)向左移動則縱軸右側(cè)的螺旋槳加速，縱軸左側(cè)的螺旋槳減速。1.2.4多旋翼無人機(jī)的運(yùn)動原理（工作原理）偏航運(yùn)動反扭力矩改變航向。多軸飛行器的旋翼旋轉(zhuǎn)方向一般