空氣動(dòng)力學(xué)與飛行原理無人機(jī)與大氣基本知識第一節(jié)：無人機(jī)的基本知識無人機(jī)的飛行原理與飛機(jī)的飛行原理一致，尤其是固定翼無人機(jī)。無人機(jī)飛行平臺(tái)結(jié)構(gòu)多種多樣，但是，各式無人機(jī)的基本組成是相同的，下面的內(nèi)容按照固定翼、直升機(jī)、多旋翼、飛艇的順序介紹結(jié)構(gòu)和組成。無人機(jī)的基本知識第一節(jié)一、二、三、四、固定翼無人機(jī)的結(jié)構(gòu)與組成無人直升機(jī)平臺(tái)多旋翼無人機(jī)平臺(tái)無人飛艇學(xué)習(xí)大綱目錄頁第一節(jié)一、二、三、四、固定翼無人機(jī)的結(jié)構(gòu)與組成無人直升機(jī)平臺(tái)多旋翼無人機(jī)平臺(tái)無人飛艇目錄頁壹固定翼無人機(jī)氣動(dòng)布局主要有正常式布局、三翼面布局、鴨式布局和無尾布局。由于正常式布局較為成熟、操穩(wěn)特性好、結(jié)構(gòu)可靠性高，市場上常見的無人機(jī)多為正常式布局。正常式布局飛機(jī)由機(jī)翼、機(jī)身、尾翼、起落架等組件組成。尾翼位于機(jī)翼后面。固定翼無人機(jī)的結(jié)構(gòu)與組成壹上圖展示了一種正常布局的無人機(jī)——航測無人機(jī)的實(shí)物圖。在不包含電子設(shè)備的情況下，固定翼無人機(jī)平臺(tái)由機(jī)翼、機(jī)身、尾翼、起降系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)這六部分組成。固定翼無人機(jī)的通用結(jié)構(gòu)如圖所示固定翼無人機(jī)的結(jié)構(gòu)與組成壹固定翼無人機(jī)依靠機(jī)翼與空氣的相對運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生足夠的升力維持空中飛行。機(jī)翼主要由主翼面、可動(dòng)的副翼和襟翼（微型和輕型無人機(jī)沒有）組成。副翼主要用于滾轉(zhuǎn)操縱控制，襟翼主要用于起降階段的增升。無人機(jī)結(jié)構(gòu)有多梁式、多墻式、單塊式等結(jié)構(gòu)。典型單梁式無人機(jī)機(jī)翼的結(jié)構(gòu)如圖所示。機(jī)翼由翼梁、桁條、普通翼肋、前墻、后墻、蒙皮、接口、加強(qiáng)肋等組成（微型和輕型無人機(jī)可以沒有前墻）。固定翼無人機(jī)的結(jié)構(gòu)與組成壹機(jī)身產(chǎn)生升力很小，主要用于裝載設(shè)備、燃料、有效載荷等裝置，將機(jī)翼、尾翼、起落架、動(dòng)力裝置連接成一個(gè)整體。固定機(jī)翼無人機(jī)的機(jī)身有桁梁式、桁條式、硬殼式三種類型。圖片展示了典型固定翼無人機(jī)的機(jī)身結(jié)構(gòu)。固定翼無人機(jī)的結(jié)構(gòu)與組成壹尾翼用來配平、穩(wěn)定和操縱固定翼無人機(jī)，包括垂直尾翼和水平尾翼兩部分。方向舵控制固定翼無人機(jī)的偏航運(yùn)動(dòng)，它安裝在垂直尾翼的垂直安定面之后。升降舵用于控制固定翼無人機(jī)的俯仰運(yùn)動(dòng)，它安裝在水平尾翼的水平安定面后部。圖片展示了固定翼無人機(jī)尾翼的組成示意圖。尾翼有多種布局形式，如T形尾翼、V尾、H形尾翼等。此外，還有一些無尾布局的無人機(jī)。

固定翼無人機(jī)的結(jié)構(gòu)與組成壹固定翼無人機(jī)起降系統(tǒng)有多種，如彈射起飛、小車起飛、空中投放、火箭發(fā)射、滑撬起降、輪式起降、手拋起飛等方式。其中前面四種起飛方式受起飛場地限制較小，但均需傘降回收。手拋起飛主要用于15公斤以下的微型無人機(jī)，在發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火或電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)至推力最大后，由釋放員手動(dòng)拋射起飛固定翼無人機(jī)的結(jié)構(gòu)與組成壹這種起飛方式簡單方便，可以減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量，適合單兵作戰(zhàn)需求，拋射起飛對無人機(jī)起降系統(tǒng)要求低，但是只適用于質(zhì)量較輕的無人機(jī)，如果釋放失敗后可能會(huì)對無人機(jī)造成毀滅性的損壞，并對拋射者產(chǎn)生一定危險(xiǎn)?；鸺剖狡痫w方式中，無人機(jī)安裝在發(fā)射架上，尾部火箭點(diǎn)火產(chǎn)生起飛速度所需推力。主要用于小型和輕型無人機(jī)，現(xiàn)在仍然服役的“紅”Ⅱ型靶機(jī)就是采用的這種方式。這種發(fā)射方式推力大，受外界環(huán)境干擾小，無需跑道，成功率很高，但是由于采用火箭助推，所以成本較高，發(fā)射前準(zhǔn)備時(shí)間也較長。在消費(fèi)級和工業(yè)級無人機(jī)中較少使用。彈射起飛方式中，無人機(jī)安裝在彈射支架上，由彈射裝置產(chǎn)生推力使無人機(jī)加速到起飛離地速度實(shí)現(xiàn)起飛。彈射起飛方式如圖所示。固定翼無人機(jī)的結(jié)構(gòu)與組成壹上圖展示了固定翼無人機(jī)起落架的結(jié)構(gòu)示意圖彈射起飛方式集合了滑跑起飛和火箭助推的優(yōu)點(diǎn)，對跑道要求低，受外界環(huán)境干擾小，成功率高，成為當(dāng)今輕型無人機(jī)的主要發(fā)射方式。輪式起降的起落架主要用來支撐固定翼無人機(jī)的停放，并用于滑行、起飛和著陸滑跑，由支柱、緩沖器、剎車裝置、機(jī)輪、收放機(jī)構(gòu)組成。這種起飛方式在小型和大型無人機(jī)中應(yīng)用較多。一般微型和輕型無人機(jī)沒有收放機(jī)構(gòu)，緩沖器也較為簡單。固定翼無人機(jī)的結(jié)構(gòu)與組成壹一、二、三、四、固定翼無人機(jī)的結(jié)構(gòu)與組成無人直升機(jī)平臺(tái)多旋翼無人機(jī)平臺(tái)無人飛艇目錄貳無人直升機(jī)是一種重于空氣的航空器，與固定翼無人機(jī)由機(jī)翼產(chǎn)生升力不同，無人直升機(jī)主要由于旋翼旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生相對于空氣的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而獲得升力。除了提供升力，無人直升機(jī)的旋翼還為其提供推進(jìn)力，使其具有大多數(shù)固定翼無人機(jī)平臺(tái)所不具備的垂直升降、懸停、小速度向前或向后飛行的特點(diǎn)。與固定翼無人機(jī)相比，無人直升機(jī)的飛行速度低、耗油量較高、航程較短。無人直升機(jī)還有一大特點(diǎn)，即旋翼旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的反扭效應(yīng)。無人直升機(jī)的旋翼為其提供升力和推進(jìn)力的同時(shí)，無人直升機(jī)的機(jī)身也會(huì)受到反扭矩的作用而產(chǎn)生向反方向旋轉(zhuǎn)的趨勢。為了克服旋翼旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的反作用扭矩，一般采用在機(jī)身尾部安裝尾槳或采用雙旋翼設(shè)計(jì)。按照克服旋翼反作用扭矩的不同，可以將無人直升機(jī)分為單旋翼尾槳無人直升機(jī)、共軸雙旋翼無人直升機(jī)、橫列式雙旋翼無人直升機(jī)和縱列式雙旋翼無人直升機(jī)。其中前兩種在無人直升機(jī)中應(yīng)用較為廣泛。無人直升機(jī)平臺(tái)貳單旋翼尾槳的傳統(tǒng)無人直升機(jī)由發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)身、旋翼、傳動(dòng)系統(tǒng)和尾槳組成。旋翼的自動(dòng)傾斜器可以實(shí)現(xiàn)總距和周期變距操縱，尾槳一般具有總距操縱的功能。旋翼和尾槳安裝有分離減速器以調(diào)節(jié)旋翼和尾槳的轉(zhuǎn)速。圖片展示了單旋翼直升機(jī)型無人機(jī)實(shí)物圖。無人直升機(jī)的操縱要求較高，尤其在逆風(fēng)飛行和有側(cè)風(fēng)的情況下操控師更應(yīng)謹(jǐn)慎操作。共軸雙旋翼無人直升機(jī)具有兩個(gè)變槳距旋翼，彼此同軸反向旋轉(zhuǎn)，抵消扭矩。其優(yōu)點(diǎn)是無需機(jī)身，結(jié)構(gòu)更加緊湊，載荷更大，常用作大載荷無人機(jī)。無人直升機(jī)平臺(tái)貳第一章第二章第三章第四章固定翼無人機(jī)的結(jié)構(gòu)與組成無人直升機(jī)平臺(tái)多旋翼無人機(jī)平臺(tái)無人飛艇目錄叁多旋翼無人機(jī)平臺(tái)由機(jī)身主體、動(dòng)力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。其中，機(jī)架、支臂、起落架、任務(wù)載荷設(shè)備構(gòu)成了機(jī)身主體，電機(jī)、螺旋槳、電調(diào)、電池構(gòu)成了動(dòng)力系統(tǒng)，也是其旋翼系統(tǒng)。飛控導(dǎo)航設(shè)備、機(jī)上數(shù)據(jù)鏈路構(gòu)成了控制系統(tǒng)。多旋翼無人機(jī)的旋翼個(gè)數(shù)大多數(shù)為偶數(shù)（少數(shù)三旋翼無人機(jī)），并對稱分布在機(jī)體的前后、左右四個(gè)方向，多個(gè)旋翼處于同一高度平面或上下兩個(gè)平面。且各旋翼的結(jié)構(gòu)和半徑都相同，相鄰的旋翼安裝正反螺旋槳，用以抵消陀螺效應(yīng)和旋轉(zhuǎn)扭矩。常見的多旋翼無人機(jī)平臺(tái)有四旋翼無人機(jī)、六旋翼無人機(jī)和八旋翼無人機(jī)。多旋翼無人機(jī)出現(xiàn)在21世紀(jì)初，它依靠若干旋翼為無人機(jī)的飛行提供升力和推進(jìn)力。多旋翼無人機(jī)的旋翼大小相同，分布位置對稱，通過調(diào)節(jié)旋翼轉(zhuǎn)速來調(diào)整實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的懸停、前進(jìn)等飛行動(dòng)作。由于多旋翼無人機(jī)需要對旋翼的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行精準(zhǔn)的同步調(diào)制，因此往往選用電動(dòng)機(jī)作為旋翼驅(qū)動(dòng)裝置。多旋翼無人機(jī)飛行穩(wěn)定，操縱靈活，結(jié)構(gòu)簡單，體積小重量輕成本低，可以在人不易進(jìn)入的各種惡劣環(huán)境工作，常用來執(zhí)行航拍取景、實(shí)時(shí)監(jiān)控、地形勘探等任務(wù)。目前，無人機(jī)在快遞等新興領(lǐng)域也得到一定應(yīng)用。鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，多旋翼無人機(jī)也最容易進(jìn)入大眾消費(fèi)的領(lǐng)域。在消費(fèi)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。多旋翼無人機(jī)平臺(tái)叁第一章第二章第三章第四章固定翼無人機(jī)的結(jié)構(gòu)與組成無人直升機(jī)平臺(tái)多旋翼無人機(jī)平臺(tái)無人飛艇目錄肆低空飛艇主要指在對流層飛行的無人飛艇，按照用途，包括低空小型無人飛艇、低空大型貨運(yùn)飛艇、低空機(jī)器人警用無人飛艇、低空攝像無人飛艇、低空無人航測飛艇、低空地磁探測無人飛艇等?，F(xiàn)代無人飛艇根據(jù)工作環(huán)境不同可以分為低空飛艇和高空飛艇。圖片展示了幾種典型的低空、高空飛艇的高度——雷諾數(shù)圖。無人飛艇肆從結(jié)構(gòu)上進(jìn)行區(qū)分，無人飛艇可以分為軟式飛艇、硬式飛艇、半硬式飛艇三種。其中軟式飛艇又叫壓力飛艇，其氣囊外形依靠內(nèi)部充壓氣體的壓力來保持。硬式飛艇是由金屬結(jié)構(gòu)保持主氣囊的外形，在主體結(jié)構(gòu)內(nèi)充入輕于空氣的氣體來產(chǎn)生無人飛艇所需的浮力。半硬式飛艇一般以金屬或碳纖維龍骨做支撐構(gòu)架，通過充入充壓氣體獲得浮力和保持氣囊外形。無人飛艇肆

無人軟式飛艇美國“Aeroscraft”號軍用運(yùn)輸硬式飛艇北京航空航天大學(xué)研發(fā)的“圓夢號”平流層飛艇現(xiàn)代無人飛艇通常由氣囊、動(dòng)力裝置、尾翼、吊艙這些主體結(jié)構(gòu)及艇載任務(wù)設(shè)備、控制系統(tǒng)、頭部裝置、尾部裝置、系留裝置、起落架和地面控制設(shè)備這些部分組成。如圖所示。無人飛艇肆氣囊是飛艇的主要部件。氣囊均具有流線型外形，一般圍繞中心軸線旋轉(zhuǎn)而成，旨在減小空氣阻力。氣囊要能承受飛行過程中各種力的作用，如空氣靜力、空氣動(dòng)力和發(fā)動(dòng)機(jī)推力等。氣囊通常包括主氣囊和輔助氣囊。主氣囊通過充滿氦氣使飛艇獲得浮力。主氣囊通常由滌綸、聚酯纖維等人造纖維材料織成。主氣囊的人造纖維材料表面帶有涂層，通過膠粘、高頻焊接和熱氣焊接使其具備一定的抗拉強(qiáng)度和較好的氣密性。對軟式無人飛艇來說，其主氣囊通常為整體空腔的形式。而對半硬式、硬式無人飛艇而言，由于有金屬或碳纖維龍骨作為支撐構(gòu)架，主氣囊內(nèi)部通常分隔成若干個(gè)空腔。輔助氣囊又稱為副氣囊，當(dāng)壓力、溫度等大氣環(huán)境參數(shù)變化引起主氣囊內(nèi)部氦氣壓力變化時(shí)，輔助氣囊通過充氣或放氣來控制和保持無人飛艇的形狀和浮力。無人飛艇肆無人飛艇的吊艙和動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)力裝置為無人飛艇的起飛、降落和懸停提供動(dòng)力。無人飛艇的動(dòng)力裝置包括發(fā)動(dòng)機(jī)、減速器和螺旋槳。由于無人飛艇的飛行速度通常較低，因此通常選用螺旋槳活塞發(fā)動(dòng)機(jī)克服阻力、推動(dòng)飛艇飛行?，F(xiàn)代無人飛艇通常擁有兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。對于軟式無人飛艇，發(fā)動(dòng)機(jī)一般對稱安裝在吊艙的兩側(cè)。對于半硬式、硬式無人飛艇，發(fā)動(dòng)機(jī)一般安裝在無人飛艇艇身的支撐骨架上。圖片為某無人飛艇的吊艙和動(dòng)力裝置。目前，世界各國競相發(fā)展可改變推力方向的轉(zhuǎn)向發(fā)動(dòng)機(jī)以及利用太陽能等新能源的無人飛艇動(dòng)力裝置。無人飛艇肆無人飛艇的頭部裝置通常由艇錐和撐條兩部分組成。頭部裝置的主要作用是保持主氣囊頭部的外形，抵抗飛行中的頭部風(fēng)壓，并為系留裝置提供機(jī)械接口。艇錐是由高強(qiáng)度金屬材料制成的圓錐體，錐底含有與撐條連接的耳片，錐頭安裝有與系留裝置配套的鎖銷和栓口。撐條的外形與主氣囊頭部外形的曲率一致，同艇錐相連接，位于氣囊頭部并呈放射狀分布。撐條的材料通常選用鋁合金，由粘接在主氣囊上的撐條套固定。無人飛艇肆無人飛艇的尾部裝置安裝或采用補(bǔ)片形式粘接于主氣囊尾部，其外形與無人飛艇的艇錐相似，尾部裝置上可以安裝結(jié)尾繩、尾燈等設(shè)備。尾翼為無人飛艇提供方向穩(wěn)定性，其作用類似于飛機(jī)尾翼。方向舵與升降舵是無人飛艇的操控舵面，與飛機(jī)的方向舵與升降舵功能類似。尾翼通常有四片和三片兩種形式。飛艇尾翼的常見布局形式有“X”型和“Y”型?！癤”型由四片尾翼對稱安裝于氣囊尾部，“Y”型由三片尾翼互成120度夾角安裝于氣囊尾部。無人飛艇尾翼的實(shí)物圖無人飛艇肆無人飛艇的系留裝置由系留桿、系留頭（位于系留桿頂部）和系留鎖（與系留頭相匹配）組成。系留裝置用于固定近地停放的無人飛艇，當(dāng)無人飛艇頭部裝置的系留鎖銷插入系留鎖后即實(shí)現(xiàn)了上述固定，但無人飛艇的頭部仍可以隨風(fēng)轉(zhuǎn)動(dòng)其朝向。無人飛艇肆無人飛艇的起落架具有降低著陸時(shí)的撞擊載荷，方便地面滑行和停放。無人飛艇的起落架形式與飛機(jī)起落架類似，但由于無人飛艇降落時(shí)重量和速度都比較小，因此無人飛艇的起落架強(qiáng)度較飛機(jī)小得多。小型無人飛艇和水上降落的無人飛艇采用氣囊來代替起落架，實(shí)現(xiàn)著陸緩沖。但對于大、中型無人飛艇及需要具備系留、庫外停放、地面機(jī)動(dòng)等功能的無人飛艇而言多采用起落架形式。無人飛艇的起落架由支柱、外筒、撐桿、地面位置鎖、限位裝置、緩沖繩、緩沖器、機(jī)輪等部分組成。無人飛艇肆吊艙是無人飛艇的重要組成部分，它通常懸掛于主氣囊下部，是無人飛艇任務(wù)載荷的平臺(tái)。無人飛艇的吊艙用于承載設(shè)備、貨物、燃油，安裝推進(jìn)系統(tǒng)等。無人飛艇肆無人飛艇的艇載控制設(shè)備包括GPS接收機(jī)、電子羅盤、傳感器、攝像系統(tǒng)、導(dǎo)航飛控系統(tǒng)及通信鏈路設(shè)備等，用來實(shí)現(xiàn)對無人飛艇的導(dǎo)航飛控。無人飛艇的地面控制設(shè)備由遙控器、主控計(jì)算機(jī)、通信鏈路設(shè)備、顯示系統(tǒng)等組成，用于完成對無人飛艇起飛、著陸及可視范圍內(nèi)的飛行控制。無人飛艇肆謝謝觀看空氣動(dòng)力學(xué)與飛行原理無人機(jī)與大氣基本知識第二節(jié)：大氣的基本知識大氣飛行環(huán)境，主要指飛行器在大氣層內(nèi)飛行時(shí)所處的環(huán)境條件。包圍地球的空氣層(即大氣)是航空器的唯一飛行活動(dòng)環(huán)境，也是導(dǎo)彈和航天器的重要飛行環(huán)境。大氣的基本知識第二節(jié)一、二、大氣的基本要素大氣層劃分學(xué)習(xí)大綱目錄頁第二節(jié)一、二、大氣的基本要素大氣層劃分目錄頁壹?xì)鉁厥潜硎究諝饫錈岢潭鹊奈锢砹?，它?shí)質(zhì)上是空氣分子平均動(dòng)能大小的宏觀表現(xiàn)，一般情況下，我們可將空氣看作理想氣體。這樣空氣分子的平均動(dòng)能就是空氣內(nèi)能。因此氣溫的升高或降低，也就是空氣內(nèi)能的增加或減少。在實(shí)際大氣中，氣溫變化的基本方式有非絕熱變化和絕熱變化兩種。而對某一地點(diǎn)的氣溫(又稱局地氣溫)來說，其變化除了與那里的氣塊溫度的絕熱和非絕熱變化有關(guān)外，還與不同溫度氣塊的移動(dòng)有關(guān)表示大氣狀態(tài)的物理量和物理現(xiàn)象通稱為氣象要素。氣溫、氣壓、濕度等物理量是氣象要素，風(fēng)、云、降水等天氣現(xiàn)象也是氣象要素，它們都能在一定程度上反映當(dāng)時(shí)的大氣狀況。其中，氣溫、氣壓和空氣濕度稱為三大氣象要求。大氣的基本要素(一)氣溫壹?xì)鈮杭创髿鈮簭?qiáng)，是指與大氣相接觸的面上，空氣分子作用在每單位面積上的力。這個(gè)力是由空氣分子對接觸面的碰撞而引起的，也是空氣分子運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的壓力。常用的量度單位有百帕(hPa)和毫米汞柱(mmHg)，其換算關(guān)系為1hPa=100N/㎡=0.75mmHg。大氣的基本要素壹(二)氣壓12氣壓隨高度的變化

在大氣處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，某一高度上的氣壓值等于其單位水平面積上所承受的上部大氣柱的重力，隨著高度增加，其上部大氣柱越來越短，且氣柱中空氣密度越來越小，氣柱重力也就越來越小。航空上常用的氣壓

(1)本站氣壓：指氣象臺(tái)氣壓表直接測得的氣壓。由于各測站所處地理位置及海拔高度不同，本站氣壓常有較大差異。(2)修正海平面氣壓：是由本站氣壓推算到同一地點(diǎn)海平面高度上的氣壓值。運(yùn)用修正海平面氣壓便于分析和研究氣壓水平分布情況，海拔高度大于1500m的測站不推算修正海平面氣壓，因?yàn)橥扑愠龅暮Ｆ矫鏆鈮赫`差可能過大，失去意義。(3)場面氣壓：指著陸區(qū)(跑道入口端)最高點(diǎn)的氣壓。場面氣壓也是由本站氣壓推算出來的。飛機(jī)起降時(shí)為了準(zhǔn)確掌握其相對跑道的高度,就需要知道場面氣壓。場面氣壓也可由機(jī)場標(biāo)高點(diǎn)處的氣壓代替。(4)標(biāo)準(zhǔn)海平面氣壓：大氣處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的海平面氣壓稱為標(biāo)準(zhǔn)海平面氣壓,其值為1013.25hPa或760mmHg.海平面氣壓是經(jīng)常變化的，而標(biāo)準(zhǔn)海平面氣壓是一個(gè)常數(shù)。大氣的基本要素壹?xì)鈮号c高度

飛機(jī)飛行時(shí)，測量高度多采用無線電高度表和氣壓式高度表。無線電高度表所測量的是飛機(jī)相對于所飛越地區(qū)地表的重直距離。無線電高度表能不斷地指示飛機(jī)相對于所飛越地表的高度，并對地形的任何變化都很“敏感”.氣壓式高度表是主要的航行儀表。它是一個(gè)高度靈敏的空盒氣壓表，但刻度盤上標(biāo)出的是高度，另外有一個(gè)輔助刻度盤可顯示氣壓，高度和氣壓都可通過旋鈕調(diào)定。高度表刻度盤是在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下按氣壓隨高度的變化規(guī)律而確定的，即氣壓式高度表所測量的是氣壓，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)大氣中氣壓與高度的關(guān)系，就可以表示高度。飛行中常用的氣壓高度有以下幾種:(1)場面氣壓高度(QFE)：它是飛機(jī)相對于起飛或著陸機(jī)場跑道的高度。為使氣壓式高度表指示場面氣壓高度飛行員需按場壓來撥正氣壓式高度表.將氣壓式高度表的氣壓刻度撥正到場壓值上。（2）標(biāo)準(zhǔn)海平面氣壓高度（QNE）：它是指相對于標(biāo)準(zhǔn)海平面（氣壓為760mmhg或1013.25hpa）的高度。飛機(jī)在航線上飛行時(shí),都要按標(biāo)準(zhǔn)海平面氣壓調(diào)整高度表，目的是使所有在航線上飛行的飛機(jī)都有相同的“零點(diǎn)”高度，并按此保持規(guī)定的航線儀表高度飛行，以避免飛機(jī)在空中相撞(3)修正海平面氣壓高度(QNH)，如果按修正海平面氣壓撥正氣壓式高度表，則高度表將顯示出修正海平面氣壓高度。在飛機(jī)著陸時(shí)，將高度表指示高度減去機(jī)場標(biāo)高就等于飛機(jī)距機(jī)場跑道面的高度。大氣的基本要素壹我們已經(jīng)知道，大氣中含有水汽.大氣中的水汽含量是隨時(shí)間、地點(diǎn)、高度、天氣條件而不斷變化的?？諝鉂穸染褪怯脕砹慷瓤諝庵械乃炕蛘呖諝獬睗癯潭鹊奈锢砹?。大氣的基本要素壹(三)空氣濕度一、二、大氣的基本要素大氣層劃分目錄貳大氣層無明顯的上限，它的各種特性在鉛垂方向上的差異非常明顯，例如空氣密度隨高度增加而很快趨于稀薄。以大氣中溫度隨高度的分布為主要依據(jù)，可將大氣層劃分為對流層、平流層、中間層、熱層和散逸層(外大氣層)等5個(gè)層次(圖1.24)。航空器的大氣飛行環(huán)境是對流層和平流層。大氣層對飛行有很大影響，惡劣的天氣條件會(huì)危及飛行安全，大氣屬性(溫度、壓力、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速等)對飛機(jī)飛行性能和飛行航跡也會(huì)產(chǎn)生不同程度的影響。大氣層劃分貳地球大氣中最低的一層。對流層中氣溫隨高度增加而降低，空氣的對流運(yùn)動(dòng)極為明顯，空氣溫度和濕度的水平分布也很不均勻。對流層的厚度隨緯度和季節(jié)變化，一般低緯度地區(qū)平均為16-18公里；中緯度地區(qū)平均為10-12公里；高緯度地區(qū)平均為8-9公里。就季節(jié)而言，中國絕大部分地區(qū)一般都是夏季對流層厚，冬季對流層薄。對流層集中了全部大氣約四分之三的質(zhì)量和幾乎全部的水汽，是天氣變化最復(fù)雜的層次，也是對飛行影響最重要的層次。飛行中所遇到的各種重要天氣現(xiàn)象幾乎都出現(xiàn)在這一層中，如雷暴、濃霧、低云幕、雨、雪、大氣湍流、風(fēng)切變等。在對流層內(nèi)，按氣流和天氣現(xiàn)象分布的特點(diǎn)，又可分為下層、中層和上層3個(gè)層次。（一）對流層大氣層劃分貳21對流層下層又稱摩擦層。它的范圍自地面到1~2公里高度。但在各地的實(shí)際高度又與地表性質(zhì)、季節(jié)等因素有關(guān)一般說來，其高度在粗糙地表上高于平整地表上，夏季高于冬季(北半球)，晝間高于夜間。在下層中，氣流受地面摩擦作用很大，風(fēng)速通常隨高度增加而增大。在復(fù)雜的地形和惡劣天氣條件下，常存在劇烈的氣流擾動(dòng)，威脅著飛行安全。突發(fā)的下沖氣流和強(qiáng)烈的低空風(fēng)切變常會(huì)引起飛機(jī)失事。另外，充沛的水汽和塵埃往往導(dǎo)致濃霧和其他惡化能見度的現(xiàn)象，對飛機(jī)的起飛和著陸構(gòu)成嚴(yán)重的障礙。為了確保飛行安全，每個(gè)機(jī)場都規(guī)定有各類飛機(jī)的起降氣象條件。另外，對流層下層中氣溫的日變化極為明顯，晝夜溫差可達(dá)10-40°C。對流層中層它的底界即摩擦層頂，上界高度約為6公里，這一層受地表的影響遠(yuǎn)小于摩擦層。大氣中云和降水現(xiàn)象大都發(fā)生在這一層內(nèi)。這一層的上部，氣壓通常只及地面的一半，在那里飛行時(shí)需要使用氧氣。一般輕型運(yùn)輸機(jī)、直升機(jī)等常在這一層中飛行。人事管理與人力資源管理貳34對流層上層

它的范圍從6公里高度伸展到對流層的頂部。這一層的氣溫常年都在0°C以下，水汽含量很少。各種云都由冰晶或過冷卻水滴組成。在中緯度和副熱帶地區(qū)，這一層中常有風(fēng)速等于或大于30米/秒的強(qiáng)風(fēng)帶，即所謂的高空急流。飛機(jī)在急流附近飛行時(shí)往往會(huì)遇到強(qiáng)烈顛簸，使乘員不適，甚至破壞飛機(jī)結(jié)構(gòu)和威脅飛行安全。對流層頂

在對流層和平流層之間，還有一個(gè)厚度為數(shù)百米到1~2公里的過渡層，稱為對流層頂。對流層頂對垂直氣流有很大的阻擋作用。上升的水汽、塵粒等多聚集其下，那里的能見度往往較差。人事管理與人力資源管理貳平流層位于對流層頂之上，頂界伸展到約50-55公里。在平流層內(nèi)，隨著高度的增加氣溫最初保持不變或微有上升，到25-30公里以上氣溫升高較快，到了平流層頂氣溫約升至270-290K。平流層的這種氣溫分布特征同它受地面影響小和存在大量臭氧(臭氧能直接吸收太陽輻射)有關(guān)。這一層過去常被稱為同溫層，實(shí)際上指的是平流層的下部。在平流層中，空氣的垂直運(yùn)動(dòng)遠(yuǎn)比對流層弱，水汽和塵粒含量也較少，因而氣流比較平緩，能見度較佳。對于飛行來說，平流層中氣流平穩(wěn)、空氣阻力小是有利的一面，但因空氣稀薄，飛行器的穩(wěn)定性和操縱性惡化，這又是不利的一面。高性能的現(xiàn)代殲擊機(jī)和偵察機(jī)都能在平流層中飛行。隨著飛機(jī)飛行上限的日益增高和火箭、導(dǎo)彈的發(fā)展，對平流層的研究日趨重要。（二）平流層大氣層劃分貳（三）中間層（四）熱層（五）散逸層從平流層頂大約50-55公里伸展到80-85公里高度。這一層的特點(diǎn)是:氣溫隨高度增加而下降，空氣有相當(dāng)強(qiáng)烈的垂直運(yùn)動(dòng)。在這一層的頂部氣溫可低至160-190K。電離層又稱暖層或熱層，中層之上，整個(gè)層是電離的。熱層的范圍是從中間層頂伸展到約800公里高度。這一層的空氣密度很小，聲波也難以傳播。熱層的一個(gè)特征是氣溫隨高度增加而上升。另一個(gè)重要特征是空氣處于高度電離狀態(tài)。熱層又在電離層范圍內(nèi)。在電離層中各高度上空氣電離的程度是不均勻的，存在著電離強(qiáng)度相對較強(qiáng)的幾個(gè)層次，如D、E、F層。有時(shí)，在極區(qū)常可見到光彩奪目的極光。電離層的變化會(huì)影響飛行器的無線電通信。又稱逃逸層、外大氣層，是地球大氣的最外層，位于熱層之上。那里的空氣極其稀薄，同時(shí)又遠(yuǎn)離地面，受地球的引力作用較小，因而大氣分子不斷地向星際空間逃逸。航天器脫離這一層后便進(jìn)入太空飛行。大氣層劃分貳空氣動(dòng)力學(xué)與飛行原理無人機(jī)與大氣基本知識第三節(jié)：大氣特性一、二、三、四、大氣壓力大氣壓力的度量海拔高度對大氣壓力、飛機(jī)性能的影響空氣密度差異的影響學(xué)習(xí)大綱目錄頁第三節(jié)一、二、三、四、大氣壓力大氣壓力的度量海拔高度對大氣壓力、飛機(jī)性能的影響空氣密度差異的影響目錄頁壹地球表面有一層厚厚的大氣層，由于地球引力的作用，大氣被“吸”向地球，雖然空氣很輕，但仍有質(zhì)量，有了質(zhì)量就產(chǎn)生了力，它作用于物體的效果就是壓力。著名的馬德堡半球?qū)嶒?yàn)就證明了大氣壓的存在?？梢哉f，大氣壓力是地球引力作用的結(jié)果。大氣的基本知識第二節(jié)一、二、三、四、大氣壓力大氣壓力的度量海拔高度對大氣壓力、飛機(jī)性能的影響空氣密度差異的影響目錄貳大氣測量的基本單位為帕斯卡(Pa).除此還有百帕(hPa)、毫巴(mbar).其換算關(guān)系為1mbar=1hPa=100Pa。因此標(biāo)準(zhǔn)海平面大氣壓力也為1013.25mbar.典型的毫巴壓讀數(shù)范圍為950-1040mbar。恒定壓力表和颶風(fēng)壓力報(bào)告是使用毫巴來表示的。實(shí)際大氣狀態(tài)是不斷變化著的，而飛機(jī)的性能和某些儀表(高度表、空速表等)的示度，都與大氣狀態(tài)有關(guān)。為了便于比較飛機(jī)性能和設(shè)計(jì)儀表，必須以一定的大氣狀態(tài)為標(biāo)準(zhǔn)。目前由國際民航組織統(tǒng)一采用的標(biāo)海平面大氣壓力為29.2mmHg(l013.25hPa)。海平面溫度為59F(15),海平面空氣標(biāo)準(zhǔn)密度為1.225g/m3.大氣壓力通常以水銀氣壓計(jì)的毫來汞柱(mmHp)來度量。如圖所示.水銀氣壓計(jì)通過測量玻璃管內(nèi)水銀柱的高度來度量大氣壓。一部分水銀暴露在大氣壓下，大氣對水銀施加一個(gè)力。壓力增加迫使管子里的水銀上升；壓力下降時(shí)，水銀柱的高度降低。此類氣壓計(jì)通常在實(shí)驗(yàn)室或者天氣觀測站使用，其缺點(diǎn)是不易運(yùn)輸讀數(shù)困難。大氣壓力的度量貳34521干潔大氣,且成分不隨高度改變，平均分子量為28.9644;具有理想氣體性質(zhì)；標(biāo)準(zhǔn)海平面重力加速度g=9.80665/s2；海平面絕對溫度T=288.150K=15℃,海平面空氣密度ρ=1.2250kg/m3；海平面壓力P。=1013.25hPa=760mmHg=1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓；在海拔11000以下,氣溫直減率為0.65℃/100m；在11000-20000，氣溫不變，為-56.5℃；在20000-30000m，氣溫直減率為

氣溫直減率為-0.1℃/100m。大氣壓力的度量貳國際標(biāo)準(zhǔn)與我國46oN地區(qū)的大氣十分接近，低緯度則有較大偏差。國家標(biāo)準(zhǔn)GB1920-80標(biāo)準(zhǔn)大氣規(guī)定。取其30km以下部分作為國家標(biāo)準(zhǔn),其特性規(guī)定如下:第一章第二章第三章第四章大氣壓力大氣壓力的度量海拔高度對大氣壓力、飛機(jī)性能的影響空氣密度差異的影響目錄叁海拔高度對大氣壓力、飛機(jī)性能的影響叁隨著海拔升高，空氣變得稀薄，大氣壓力也隨之降低。一般來說，高度每增加1000ft,大氣壓力就會(huì)降低1mmHg。分布于全球的氣象站，為了提供一個(gè)記錄和報(bào)告的標(biāo)準(zhǔn)，都會(huì)按照海拔高度每增加1000m就近似增加1mmHg的規(guī)則將當(dāng)?shù)卮髿鈮恨D(zhuǎn)化為海平面壓力。使用公共的海平面壓力讀數(shù)可以確保基于當(dāng)前壓力讀數(shù)的飛機(jī)高度計(jì)的設(shè)定是準(zhǔn)確的。大氣壓力的降低對飛機(jī)性能有顯著影響。在較高的高度，伴隨著降低的大氣壓力，起飛和著陸距離會(huì)增加，爬升率也會(huì)減小。當(dāng)一架飛機(jī)起飛時(shí)，升力必須通過機(jī)翼周圍的空氣流動(dòng)才能產(chǎn)生。如果空氣稀薄，就需要更大的速度來獲得足夠的起飛升力，因此，地面滑跑距離就會(huì)延長。假設(shè)一架飛機(jī)在海平面5000ft以上高度的機(jī)場差不多需要兩倍也就是約400m的滑跑距離。第一章第二章第三章第四章大氣壓力大氣壓力的度量海拔高度對大氣壓力、飛機(jī)性能的影響空氣密度差異的影響目錄肆空氣密度差異的影響肆氣溫、氣壓和空氣濕度的變化都會(huì)對飛機(jī)性能和儀表指示造成一定的影響，這種影響主要通過它們對空氣密度的影響而實(shí)現(xiàn)?？諝饷芏扰c氣壓成正比，與氣溫成反比。對局部空氣而言,氣溫變化幅度比氣壓變化幅度要大得多，因此空氣密度變化主要由氣溫變化引起。飛機(jī)的飛行性能主要受大氣密度的影響。比如，當(dāng)實(shí)際大氣密度大于標(biāo)準(zhǔn)大氣密度時(shí)，一方面空氣作用于飛機(jī)上的力要加大,另一方面發(fā)動(dòng)機(jī)功率增大,推力增大。這兩方面作用的結(jié)果就會(huì)使飛機(jī)飛行性能變好，即最大平飛速度、最大爬升率和起飛載重量會(huì)增大,而飛機(jī)起飛、著陸的滑跑距離會(huì)縮短。當(dāng)實(shí)際大氣密度小于標(biāo)準(zhǔn)大氣密度時(shí),情況則相反。謝謝觀看練習(xí)題第三節(jié)1、固定翼無人機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)有哪幾種？2、機(jī)翼的作用是什么？3、多旋翼無人機(jī)由哪幾部分組成？4、無人直升機(jī)由哪幾部分組成？5、飛艇的類型有哪些？6、大氣層分為幾層？7、對流層和平流層的特點(diǎn)是什么？空氣動(dòng)力學(xué)與飛行原理無人機(jī)與大氣基本知識第四節(jié)：低速氣流特性所謂低速氣流，是指流動(dòng)速度小于0.3倍音速的氣流。所謂氣流特性，就是指流動(dòng)中的空氣其壓強(qiáng)、密度、溫度以及流管粗細(xì)同氣流速度之間相互變化的關(guān)系。低速氣流特性第四節(jié)一、二、三、流場的概念運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換連續(xù)性定理學(xué)習(xí)大綱目錄頁第四節(jié)一、二、三、流場的概念運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換連續(xù)性定理目錄頁壹（一）流體（二）流場氣體和液體統(tǒng)稱為流體。氣體和液體的共同特性是不能保持一定形狀，具有流動(dòng)性。氣體和液體的不同點(diǎn)表現(xiàn)在液體具有一定的體積，不可壓縮；而氣體可以壓縮。需要指出的是，當(dāng)所研究的問題并不涉及到壓縮性時(shí)，所建立的流體力學(xué)規(guī)律，既適合于液體也適合于氣體。當(dāng)涉及壓縮性時(shí)，氣體和液體就必須分別處理。氣體雖然是可壓縮的，但在許多工程中，氣體的壓力和溫度變化不大、氣流速度遠(yuǎn)小于音速（如速度)時(shí)。可以忽略氣體的壓縮性，這時(shí)即把氣體看作為不可壓縮的流體。我們把流體所占據(jù)的空間稱為流場。用以表示流體特性的物理量（稱為流體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)），如速度、溫度、壓強(qiáng)、密度等。所以，流場又是分布上述運(yùn)動(dòng)參數(shù)的場。根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)隨時(shí)間的變化，我們可以將流動(dòng)分為定常流動(dòng)與非定常流動(dòng)。如果流場中液體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)不僅隨位置不同而不同，而且隨時(shí)間變化而變化，這樣的流動(dòng)稱為非定常流動(dòng)。如果流場中流體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)只隨位置改變而與時(shí)間無關(guān)，這樣的流動(dòng)稱為定常流動(dòng)。流場的概念壹（三）定常流動(dòng)與非定常流動(dòng)一、非定常流動(dòng)時(shí)，由于流場中流速隨時(shí)間改變，經(jīng)過同一點(diǎn)的流線的空間方向和形狀是隨時(shí)間改變的。二、定常流動(dòng)時(shí)，流場中各點(diǎn)流速不隨時(shí)間改變，所以同一點(diǎn)的流線始終保持不變，且流線與跡線（流場中流體質(zhì)點(diǎn)在一段時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)的軌跡）重合。三、流線不能相交，也不能折轉(zhuǎn)。因?yàn)榭臻g每一點(diǎn)只能有一個(gè)速度方向，所以不能有兩條流線同時(shí)通過同一點(diǎn)。四、流場中的每一點(diǎn)都有流線通過。由這些流線構(gòu)成的流場的總體，稱為流線譜，簡稱：流譜。流線具有以下特征：流線是流場中某一瞬間的一條空間曲線，在該線上各點(diǎn)的流體質(zhì)點(diǎn)所具有的速度方向與曲線在該點(diǎn)切線方向重合。流場的概念壹（四）流線流場的概念壹由于流管表面由流線所圍成，而流線不能相交，因此流體不能穿出或穿入流管表面。在流體穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)流管就像一只真實(shí)的管子。充滿在流管內(nèi)的流體，稱為：流束。在流場中任意畫一封閉曲線，在該曲線上每一點(diǎn)做流線，由這些流線所圍成的管狀曲面，稱為：流管（五）流管與流束一、二、三、流場的概念運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換連續(xù)性定理目錄貳當(dāng)飛機(jī)在原來靜止的空氣中勻速直線飛行時(shí)，將引起飛機(jī)周圍的空氣運(yùn)動(dòng)，同時(shí)空氣將給飛機(jī)以作用力。這里有兩個(gè)坐標(biāo)系可以用。一個(gè)是靜止坐標(biāo)系，直接將牛頓定律用于空氣對飛機(jī)的作用力；另一個(gè)是動(dòng)坐標(biāo)系，飛行中的飛機(jī)對空氣的作用力。這兩個(gè)坐標(biāo)系產(chǎn)生的作用力是相對的，而用這兩個(gè)坐標(biāo)系求得的飛機(jī)所受的力是完全相同的。這就是運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換原理。利用運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換原理，可以使我們對空氣動(dòng)力學(xué)的研究變得大為簡化。運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換貳第一章第二章第三章流場的概念運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換連續(xù)性定理目錄叁質(zhì)量守恒定律是自然界基本的定律之一，它說明物質(zhì)既不會(huì)消失，也不會(huì)憑空增加。如果把這個(gè)定律應(yīng)用在流體的流動(dòng)上，就可以得出這樣的結(jié)論：當(dāng)流體低速、穩(wěn)定、連續(xù)不斷地流動(dòng)時(shí)，流管里任一部分，流體都不能中斷或積聚，在同一時(shí)間內(nèi)，流進(jìn)任何一個(gè)截面的流體質(zhì)量和從另一個(gè)截面流出的流體質(zhì)量應(yīng)當(dāng)相等。FFVVmm連續(xù)性定理叁連續(xù)性定理叁設(shè)截面Ⅰ的面積為F1，流速為V1，流體密度為

，

則單位時(shí)間內(nèi)流進(jìn)該截面的流體質(zhì)量為：同理,設(shè)截面Ⅱ的面積為F2，流速為V2，流體密度為

，

則單位時(shí)間內(nèi)流進(jìn)該截面的流體質(zhì)量為：根據(jù)質(zhì)量守恒定律，

，即：由于截面Ⅰ和截面Ⅱ是任意選取的，所以可以認(rèn)為，單位時(shí)間內(nèi)流過任何截面的流體質(zhì)量都是相等的，故得常數(shù)式中V------流管截面上的流體速度為，m/s；F------所取截面的面積，㎡。如果在流動(dòng)過程中,流體密度不變,即

，則方程

常數(shù)可簡化為：

常數(shù)方程式

常數(shù)或常數(shù)稱為連續(xù)方程。進(jìn)一步可寫成：它說明了流體流動(dòng)速度和流管截面積之間的關(guān)系。由此看出，當(dāng)?shù)退俣ǔＡ鲃?dòng)時(shí)，流體速度的大小與流管的截面積成反比，這就是連續(xù)性定理。也可以粗略的說，截面積小的地方流速快，而截面積大的地方則流速慢。流體流動(dòng)速度的快慢，可用流管中流線的疏密程度來表示。流線密的地方表示流管細(xì)，流體速度快，反之就慢。需要指出的是，連續(xù)性定理只適應(yīng)于低速（流速V＜0.3Ma），即認(rèn)為密度不變，不適于亞音速，更不適合于超音速。流管中流體的流動(dòng)連續(xù)性定理叁謝謝觀看空氣動(dòng)力學(xué)與飛行原理無人機(jī)與大氣基本知識第五節(jié)：高速氣流特性一、二、空氣的壓縮性激波學(xué)習(xí)大綱目錄頁第五節(jié)一、二、空氣的壓縮性激波目錄頁壹高速氣流之所以與低速氣流有如此的差別，其根本原因是空氣具有壓縮性的緣故。空氣由于壓力，溫度等條件改變而引起密度的變化叫做空氣的壓縮性。由于空氣的壓縮性會(huì)引起一系列的問題：弱擾動(dòng)的傳播，高速氣流中壓力和流速隨流管截面積的變化，激波等。在大速度情況下，氣流速度變化引起空氣密度的變化顯著增大，就會(huì)引起空氣動(dòng)力發(fā)生額外的變化，甚至引起空氣動(dòng)力規(guī)律的改變，這就是高速氣體特性所以區(qū)別于低速氣流根本點(diǎn)。與飛行速度的關(guān)系空氣的壓縮性壹飛行速度20040060080010001200空氣密度增加的百分比1.3%5.3%12.2%22.3%45.8%56.6%空氣密度隨飛行速度變化的關(guān)系空氣本身溫度越高，越不易被壓縮。這種現(xiàn)象是空氣分子熱運(yùn)動(dòng)影響的結(jié)果。溫度越高