无人机动力系统研究
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无人机动力系统研究
作者：田汉曹著明
来源：《海峡科技与产业》2017年第07期
摘要：无人机系统中的动力装置是无人机的主要关键技术之一，它直接影响到无人机的
性能、成本和可靠性。现在主要用于军用和民用，具有较好的发展趋势。就目前来看，无人机的动力还是有3种不同的设备来提供。无刷电机因其具有高效率（通常大于80%）、低能耗、低噪音等优势，是本文的主要研究对象。通过对电机的结构及原理进行深入的研究和了解。知道了无刷直流电机采用的电刷装置不是一般传统的装置，且换向器也不一样，转子的材料也有了改变，可以说从性能上看是现在最理想的调速电机。
关键词：无人机；动力系统；无刷电机；研究
1 无人机动力系统
动力系统对于无人机来说是至关重要的。无人机动力系统主要部件是电机（负责带动螺旋桨），电调（负责控制电机转速电池），电池（负责给动力系统）及螺旋桨（将发动机转动功率转化为推进力或升力的装置）。电机由电动机主体和驱动器组成，无刷电机在我们国家因其日益成熟的技术、广泛的应用和产量、价格的原因，在短时间内，得到了快速的发展。又因为它的生产成本比较低、技术的快速发展已经在多个领域得到了应用。从电动遥控车到电动遥控船再到电动模型飞机，目前它正进入模型领域的各个层面，，无处不在。之所以说动力系统是至关重要的，是因为动力系统各个部分之间是否匹配、动力系统与整机是否匹配，直接影响到整机效率、稳定性。
无人机动力系统原理，如图1所示。
无人机的电机主要以无刷电机为主，一头用于固定在飞机架的电机座上，一头用于固定螺旋桨，通过螺旋桨的旋转产生向下的推力。不同规格、功率的电机配合不同大小、负载的机架，效率对于电机来说才是最主要的，而不是说越大越好。单独的电机是不能工作的，需要电调的配合，它可以控制电机的转速。和电机一样，不同规格的电调配合着不同负载的动力系统，虽然电调用大了没太大影响，但是效率就会下降，因为电调大了，质量也就重了；是，同样以高效率为第一目直接产生推力的部件------螺旋桨。相互匹配的电机、电调和螺旋桨在一起搭配时，可以在相同的推力下耗用更少的电量，这样就可以提高无人机的续航能力。锂聚合物电池是现在无人机主要使用的电池，它具有能量密度大、重量轻、耐电流数值较高等优势，而这些优势对于无人机来说都是较为适合的。虽然手机领域也有部分使用锂聚合物电池，但就充、放电能力而言远远不及无人机的这些电池。由于这些电池被使用在无人机的动力系统，所以也会被叫做“动力电池”。无刷电机的主要优缺点为势如下：
电机结构如图2所示：
飞机的空气动力学.
低速、亚音速飞机的空气动力 环境c091 王亚飞 飞机上的空气动力学和现在的流体力学有着相同的特点，研究空气动力学可以间接的学习流体力学，而空气动学上的最突出的应用就是飞机，所以现在着重讲述下飞机的空气学特点， 翼型的升力和阻力 飞机之所以能在空中飞行，最基本的事实是，有一股力量克服了它的重量把它托举在空中。而这种力量主要是靠飞机的机翼与空气的相对运动产生的。 迎角的概念飞行速度（飞机质心相对于未受飞机流场影响的空气的速度）在飞机参考平面上的投影与某一固定基准线（一般取机翼翼根弦线或机身轴线）之间的夹角，称为迎角(图2.3.5(a))，用α表示。当飞行速度沿机体坐标系（见2.4.1节）竖轴的分量为正时，迎角为正。 如果按照相对气流（未受飞机流场影响的气流）方向，则相对气流速度（未受飞机流场影响的空气相对于飞机质心的运动速度）在飞机参考平面上的投影与某一固定基准线之间的夹角就是迎角，且当相对速度沿机体坐标系竖轴的分量为负时，迎角为正(图2.3.5(b))。
图2.3.5 迎角图2.3.6小迎角α下翼剖面上的空气动力 1—压力中心 2—前缘 3—后缘 4—翼弦 升力和阻力的产生根据我们已经讨论过的运动的转换原理，可以认为在空中飞行的飞机是不动的，而空气以同样的速度流过飞机。如图2.3.6所示，当气流流过翼型时，由于翼型的上表面凸些，这里的流线变密，流管变细，相反翼型的下表面平坦些，这里的流线变化不大(与远前方流线相比)。根据连续性定理和伯努利定理可知，在翼型的上表面，由于流管变细，即流管截面积减小，气流速度增大，故压强减小；而翼型的下表面，由于流管变化不大使压强基本不变。这样，翼型上下表面产生了压强差，形成了总空气动力R，R的方向向后向上。根据它们实际所起的作用，可把R分成两个分力：一个与气流速度v垂直，起支托飞机重量的作用，就是升力L；另一个与流速v平行，起阻碍飞机前进的作用，就是阻力D。此时产生的阻力除了摩擦阻力外，还有一部分是由于翼型前后压强不等引起的，称之为压差阻力。总空气动力R与翼弦的交点叫做压力中心(见图 2.3.6)。好像整个空气动力都集中在这一点上，作用在翼型上。 根据翼型上下表面各处的压强，可以绘制出翼型的压强分布图(压力分布图)，如图 2.3.7(a)所示。图中自表面向外指的箭头，代表吸力；指向表面的箭头，代表压力。箭头都与表面垂直，其长短表示负压(与吸力对应)或正压(与压力对应)的大小。由图可看出，上表面的吸力占升力的大部分。靠近前缘处稀薄度最大，即这里的吸力最大。
多旋翼无人机的结构和原理
多旋翼无人机的结构和原理 翼型的升力： 升力的来龙去脉这是空气动力学中的知识，研究的内容十分广泛，本文只关注通识理论，阐述对翼型升力和旋翼升力的原理。 根据流体力学的基本原理，流动慢的大气压强较大，而流动快的大气压强较小。由于机翼一般是不对称的，上表面比较凸，而下表面比较平（翼型），流过机翼上表面的气流就类似于较窄地方的流水，流速较快，而流过机翼下表面的气流正好相反，类似于较宽地方的流水，流速较上表面的气流慢。大气施加与机翼下表面的压力（方向向上）比施加于机翼上表面的压力（方向向下）大，二者的压力差便形成了升力。［摘自升力是怎样产生的］。所以对于通常所说的飞机，都是需要助跑，当飞机的速度达到一定大小时，飞机两翼所产生的升力才能抵消重力，从而实现飞行。 旋翼的升力飞机，直升机和旋翼机三种起飞原理是不同的。飞机依靠助跑来提供速度以达到足够的升力，而直升机依靠旋翼的控制旋转在不进行助跑的条件下实现垂直升降，直升机的旋转是动力系统提供的，而旋翼旋转会产生向上的升力和空气给旋翼的反作用力矩，在设计中需要提供平衡旋翼反作用扭矩的方法，通常有单旋翼加尾桨式（尾桨通常是垂直安装）、双旋翼纵列式（旋转方向相反以抵消反作用扭矩）等;而旋翼机则介于飞机和直升机之间，旋翼机的旋翼不与动力系统相连，由飞行过程中的前方气流吹动旋翼旋转产生升力（像大风车一样），即旋翼为自转式，传递到机身上的扭矩很小，无需专门抵消。 而待设计的四旋翼飞行器实质上是属于直升机的范畴，需要由动力系统提供四个旋翼的旋转动力，同时旋翼旋转产生的扭矩需要进行抵消，因此本着结构简单控制方便，选择类似双旋翼纵列式加横列式的直升机模型，两个旋翼旋转方向与另外两个旋翼旋转方向必须相反以抵消陀螺效应和空机动力扭矩。
空气动力学
空气动力学 科技名词定义 中文名称：空气动力学 英文名称：acerodynamics;aerodynamics 定义1：流体力学的分支学科，主要研究空气运动以及空气与物体相对运动时相互作用的规律，特别是飞行器在大气中飞行的原理。 所属学科：大气科学（一级学科）；动力气象学（二级学科） 定义2：研究空气和其他气体的运动以及它们与物体相对运动时相互作用规律的科学。 所属学科：航空科技（一级学科）；飞行原理（二级学科） 本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 百科名片
同名书籍 空气动力学是力学的一个分支，它主要研究物体在同气体作相对运动情况下的受力特性、气体流动规律和伴随发生的物理化学变化。它是在流体力学的基础上，随着航空工业和喷气推进技术的发展而成长起来的一个学科。 目录
编辑本段 1．动量理论 推导出作用在风机叶轮上的功率P和推力T（忽略摩擦阻力）。 由于受到风轮的影响，上游自由风速V0逐渐减小，在风轮平面内速度减小为U1。上游大气压力为P0，随着向叶轮的推进，压力逐渐增加，通过叶轮后，压力降低了ΔP，然后有又逐渐增加到P0（当速度为U1时）。 根据伯努力方程 H=1/2（ρv2）+P (1) ρ—空气密度 H—总压 根据公式（1）， ρV02/2+P0=ρu2/2+p1 ρu12/2+P0=ρu2/2+p2 P1-p2=ΔP 由上式可得ΔP=ρ（V02- u12）/2 (2) 运用动量方程，可得作用在风轮上的推力为： T=m(V1-V2) 式中m=ρSV,是单位时间内的质量流量 所以：T＝ρSu（V0-u1） 所以：压力差ΔP＝T/S=ρu（V0-u1） 由（2）和（3）式可得： u＝1/2[（V0-u1）] (4) 由（4）式可见叶轮平面内的风速u是上游风速和下游风速的平均值，因此，如果我们用下式来表示u。 u=(1-a)*V0 (5) a 称为轴向诱导因子，则u1可表示为： u1=(1-2a)*V0 (6)
无人机关键技术
旋翼飞行器控制到底有哪些关键技术难点 （1）机体优化设计问题。对于四旋翼飞行器机体设计时，主要考虑飞行器的质量、能耗及体积等因素。飞行器的质量与能耗及体积之间相互影响，因此首先需要确定飞行器机体参数，然后选择合适的直流无刷电机、螺旋桨及电池等材料。 （2）难以建立精确的四旋翼飞行器模型。建立精确的飞行器模型是研究飞行器控制算法的基础和前提，但由于四旋翼飞行器是一个强耦合、多变量的非线性复杂系统，同时在飞行过程中很难获得准确的空气动力学参数，且飞行器容易受到空气阻力和风速的影响，因此很难建立精确的四旋翼飞行器模型。 （3）飞行器所使用的传感器采集到的姿态数据存在误差。例如：陀螺仪采集角速度时存在零漂误差和温漂误差；加速度计采集角加速度时存在振动误差和零漂误差；当飞行器处于低空飞行情况下，采用气压高度计采集高度信息存在较大的误差。这些因素都会对飞行器姿态信息和位置信息的测量产生影响，进而影响飞行器的控制性能。 （4）飞行器控制算法设计。目前针对四旋翼飞行器控制算法的研究有很多，主要有经典PID控制算法、H￥控制算法、反步法等等。飞行器算法性能主要是从响应速度、稳定性及超调量等方面进行衡量，但响应速度、稳定性及超调量这三者之间相互影响、相互制约。 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 飞行原理就不多讲了，飞行器的飞行姿态多种多样，有花式摇摆，大雁南归，飞流直下等多种方式；
无人机技术论文
无人机技术论文 摘要 本文以某型固定翼无人机为研究对象，主要研究了基于常规PID和智能PID的无人机飞行控制律的设计问题，首先，建立了无人机的六自由度数学模型，并运用小扰动线性化方法和系数冻结法分别建立了无人机纵向与横侧向系统的线性化方程:其次，介绍了一些常用的PID 控制器参数整定法和智能PID控制的基本思想，作为飞行控制律设计的理论基础:再次，分别采用常规PID和智能PID进行了纵向系统与横侧向系统控制的设计，并针对不同空域的一些典型的状态点进行了大量的仿真研究。仿真结果表明，我们所设计的常规PID控多数情况下能满足要求，智能PID控制器则具备更强的鲁棒性，能适应不同空域中更多的状态点。 关键词:无人机，常规PID（自动控制），智能PID（自动控制），飞行控制律， 无人机飞控系统的仿真研究 ABSTRACT The primary purpose of this the conventional PID control and intelligent PID control strategies to the design of the UA V’s(Unmanned Aerial Vehicle)fight control law. First of all，the UA V’5six一degrees一of-freedom(6一DOF)math linearized.Then some basis the ores and the physiques about conventional PID control and intelligent PID control are mentioned followed by a Profound research on the control semen of the log attitudinal land lateral control system of the UA V.conventional PID and intelligent PID control strategists competitively plied to the design of the flight control law of the UA V’5fourfundamentalflighteontrolmode，in eluding Pithing angle control mode，altitude holding mode，roll in gangle control mode and yaw angle control mode. Finally，an amount of simulation 15 designed to validate effectiveness of the flight 。o一troll law based on conventional PID and intelligent PID control strategies.The results of the simulation show that the conventional PID flight control law effective，and the intelligent PID flight control law superior to the forme rone. Keywords: UAV , The conventional PID，Intelligent PID，Flight Control Law ， 前言:
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无人机制作原理及过程 今年4月份，由技装公司自主研制的无人机“翔雁”首次亮相第十三届中国东西部投资与贸易洽谈会，并与国家测绘局签约合作意向书。该项目拟投资2000多万元，分两个阶段实施：第一阶段为研制试验阶段，包括航摄设备材料购置、航摄系统研究开发、无人机平台完善和试飞，以及相关技术及配套软件开发研究投入；第二阶段为推广阶段，建立“翔雁”无人机及航摄设备生产线，拟订无人机航摄系统应用标准，在全国范围内推广。 此前，“翔雁”无人机已完成8个起落的飞行试验验证，飞行平衡，地面视频图像清晰完整，能按程序完成各项任务。这充分证明，“翔雁”无人机已跨入自主飞行的无人机行列。 那么，“翔雁”到底是一种什么样的机型，有什么功用呢？ 据技装公司副总经理王俊介绍，“翔雁”无人机长2。7米，翼展4米，可以每小时110公里的速度进行大于15小时的巡航，采用菱形联结翼气动外形、前三点式起落架、发动机后推式布局，机身、机翼、起落架均可拆卸和组装。 “翔雁”利用航空制造工艺技术，采用全新的气动外形、模块化的任务系统、领先的飞行控制系统，形成自主飞行的能力，给它加载不同的任务系统就可以完成特定的任务。她可以用作气象探测、人工降雨、航空遥感、城市治安巡逻等多用途民用无人机平台，也可完成可执行目标指示、电子干扰、信号中继、战场侦察预警、战场评估、通信中断、空中监控、边境巡逻等军事任务。
当今，许多国家、机构对无人机研制和发展热情高涨，已研制出了50多种无人机，有55个国家军队装备了无人机。美国仅装备军队的就有“全球鹰”、“暗星”、“猎人”等十几个型号，波音公司是美国的主要无人机制造商之一。 由中国自主设计制造的长空一号、长空二号、无侦五、无侦九和ASN-206无人机正在服役，领先国内外水平的“暗箭”攻击型无人机正处于设计定型阶段。 面对竞争激烈的无人机市场，“翔雁”无人机此时“展翅”是否为时已晚？ “暗箭”无人机 何以进军无人机市场 技装公司经营管理处处长王从福介绍，首先，“翔雁”无人机的低成本，为研发提供了可能。它不需要氧气、空调、增压、弹射座椅等座舱设备，降低了成本和重量；不需要生命保障系统，可以适应更
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基于空气动力学的车身设计方法 14车辆卓越雷方龙1408032214 现如今工业技术急速进步，为汽车工业发展创造了良好的契机，汽车变得越来越普及、越来越高速，由此车身空气动力学曲线问题得到诸多研究人员的热点关注。 众所周知，车速越快阻力越大，空气阻力与汽车速度的平方成正比。如果空气阻力占汽车行驶阻力的比率很大，会增加汽车燃油消耗量或严重影响汽车的动力性能。据测试，一辆以100km/h速度行驶的汽车，发动机输出功率的80%将被用来克服空气阻力，减少空气阻力，就能有效地改善汽车的行驶经济性。如图1为空气流动对汽车的各方面影响。 图1 自卡尔·本次在1886年发明生产出世界上第一辆汽车起，汽车已有了百年的发展历史。从汽车造型角度而言，自最初的马车型汽车(无空气动力学阶段)，到现如今的复合型汽车(空气动力学高度化阶段)，车身空气动力学曲线发展收获了显著的成效[1]。车身空气动力学一方面重要影响着汽车的各式各样关键性能，好比动力性能、安全性能、环保性能以及经济性能等，另一方面也重要影响着汽车的外观转变及审美发展潮流。随着社会经济发展，人们生活水平日益改善，人们对于出行必备交通工具汽车的性能要求愈来愈高，汽车生产商对于车辆的气动特征也越来越关注，气动性能的好坏以转变成汽车行业竞争的关键因素。 汽车在行驶中由于空气阻力的作用，围绕着汽车重心同时产生纵向，侧向和垂直等三个方向的空气动力量，对高速行驶的汽车都会产生不同的影响，其中纵向空气力量是最大的空气阻力，大约占整体空气阻力的80%以上。
一、在研究汽车空气动力学的过程中的三种方法。 （1）、理论研究方法理论研究方法通过抓住所分析问题的主要影响因素，抽象出合理的简化理论模型，并根据总结出来的相关物理定律和有关介质性质的试验公式来建立描述介质运动规律的积分或微分方程。然后利用各种数学工具及相应的初始、边界条件解出方程组，通过对解分析来揭示各种物理量的变化规律，包括将它与实验或观察资料对照，确定解的准确度和适用范围。 （2）、数值计算研究方法由于数学发展水平的局限，理论研究只能建立较为简单的近似模型，无法完全满足研究更复杂更符合实际的气流的要求。于是近年来出现了依托快速电子计算机进行有效数值计算的方法CFD，其中包括有限元法、有限差分法等，它属于汽车计算机辅助空气动力学CAA的设计范畴，并已成为与理论分析和实验并列或具有同等重要性的研究方法。其优点是能够用来预测或解决一些理论及实验无法处理的复杂流动问题，取代部分实验环节，省时省工。但它要求事前对问题的物理特性有足够的理解，提炼出较精确的数学方程及相应的初始、边界条件等。但这些都离不开试验和理论方法的支持，并且数值方法通常无法直接反映同类问题中有普遍指导意义的结论或规律。 （3）、试验研究方法试验研究方法在空气动力学研究中占有重要地位，如风洞试验法、道路试验法。它使人们能在与所研究问题相同或相近条件下进行观测，提供建立运动规律及理论模型的依据，检验理论或计算结果的准确性、可靠性和适用范围，其作用是不可替代的。但试验方法受限于试验手段、设备和经费等物质条件，甚至有些问题尚无法在实验室中进行研究。 理论、数值计算和试验三种方法相互促进，彼此影响，取长补短从而推动汽车空气动力学的不断发展。 二、轿车外形设计的两种方法 （1）、局部最优化方法。基本思路是在满足功能、工艺学、人机工程学、安全法规以及美学造型等方面的要求下设计出汽车车身造型，然后再进行空气设计程序。此方法的优点是：操作简单，在流线型较差的车上有较好的效果。通过对原始模型仿真，从结果中得出某细节修改的模型，再重新进行仿真分析。像这样循环反复，最终达到自己预期的目标。这种方法在现实设计中运用广泛。 （2）、整体最优化方法。整体最优化是基于空气动力学原理，在汽车造型设计初期获得极佳的气动特性的理想外形，接着再根据功能结构需求，调整集合的局部外形，使其满足人机工程学、国家安全法规等各个必要因素的汽车[1]。所以，对于这种汽车的空气动力学设
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直升机空气动力学习题集 绪论 (0-1)试计算Z-8直升机的旋翼实度σ、桨尖速度ΩR和海平面标准大气条件下的桨尖M数。 (0-2)Z-9直升机的旋翼桨叶为线性负扭转。试画出以桨距Ф7=11。作悬停飞行的桨叶上r=（0.29～1.0）一段的剖面安装角()rφ→分布。 (0-3)关于反扭矩的是非题： a) 尾桨拉力用以平衡发动机的反扭矩，所以尾桨的位置要比发动机高。（） b) 尾桨拉力用以平衡旋翼的反扭矩，所以尾桨位置距旋翼轴很远。（） c）双旋翼直升机的两付旋翼总是彼此反向旋转的。（） d) 尾桨没有反扭矩。（） (0-4) 关于旋翼参数的是非题： a）旋翼的半径就是桨叶的长度。（） b) 测量桨叶的根部宽度及尖部宽度，就可以得到桨叶的根梢比。（） c) 测量桨叶的根部及尖部之间的倾斜角之差，就得到桨叶的扭度。（）
d) 台式电风扇实度接近1。 （ ） (0-5) 假定Y-2直升机在某飞行状态下，旋翼拉力T=1200公斤，试计算 其C T 值。(海平面标准大气) 第一章 (1-1) 论证在垂直上升状态旋翼的滑流形状是图（a ）而不是图（b ） (1-2) 假定Y-2直升机在垂直飞行状态发动机的功率有84%传递给旋翼， 且悬停时悬疑的 型阻功率为诱导功率的一半，桨端损失系数к=0.92； a) 求在海平面标准大气条件下悬停时桨盘外的诱导速度； b) 求在海平面标准大气条件下悬停时的诱导功率、相对效率和直升机的单位马力载 荷； c) 若以V 0=(1/3)v 10的速度作垂直爬升，此时桨盘处的诱导速度多大？诱导功率多大？ 若型阻功率与悬停时相同，旋翼消耗的总功率多大？ (1-3) 上题中，若飞行重量增大20%，除增大桨距外保持其他条件及型阻 功率不变，那么其悬停诱导功率及相对效率将是多大？ (1-4) 既然 a) 是否可以认为，只要把旋翼直径做得很大，就可以用很小功率的 发动机做成重型直升机？ b) 直升机的发展趋势为什么是p 趋向增大？ (1-5) 试根据0η的定义导出0η与桨盘载荷p 的关系。假定型阻功率与p
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无人机设计手册及主要技术 内容简介 独家《无人机设计手册》分上、下两册共十二章。 上册包括无人机系统总体设计，气动、强度、结构设计，动力装置，发射与 回收系统，飞行控制与管理系统。 下册包括机载电气系统，指挥控制与任务规划，测控与信息传输，有人机改装无人机，综合保障设计，可靠性、维修性、安全性和环境适应性以及无人机飞行试验等。有关无人机任务设备、卫星中继通信的设计以及正在发展的无人机技术等内容，有待手册再版时编入，使无人机设计手册不断成熟和丰富。 适用人群 本手册是国内第一部较全面系统阐述无人机设计技术的工具书，不仅可作为 无人机的设计参考，也可以作为院校无人机教学、无人机行业的工程技术人员和管理人员的参考书，并可供无人机部队试验人员使用。希望本手册的出版能对我国无人机研制工作的技术支持有所裨益。 作者简介 祝小平，现任西北工业大学无人机所总工程师，主要从事无人机总体设计、飞行控制与制导系统设计等研究工作。主持了工程型号、国防预研等国家重点项目多项，获国家和部级科学技术奖9项，其中国家科技进步一等奖1项，国防科技进步一等奖4项，获技术发明专利10项，荣立“国防科技工业武器装备型号研制”个人一等功，发表论著150多篇。先后入选国家级“新世纪百千万人
才工程”、国防科技工业“人才工程”和教育部“新世纪优秀人才支持计 划”，获得“国防科技工业百名优秀博士、硕士”、“国防科技工业有突出贡献的中青年专家”、“陕西省有突出贡献专家”和“科学中国人（2009）年度人物” 等荣誉称号。 无人机相关GJB标准- -融融网 gjb 8265-2014无人机机载电子测量设备通用规范 gjb 4108-2000军用小型无人机系统部队试验规程 gjb 5190-2004无人机载有源雷达假目标通用规范 gjb 7201-2011舰载无人机雷达对抗载荷自动测试设备通用规范 gjb 5433-2005无人机系统通用要求 gjb 2347-1995无人机通用规范 gjb 6724-2009通信干扰无人机通用规范 gjb 6703-2009无人机测控系统通用要求 gjb 2018-1994无人机发射系统通用要求 无人机主要技术 一、动力技术 续航能力是目前制约无人机发展的重大障碍，业内人士也普遍认为消费级多 旋翼续航时间基本维持在20min左右，很是鸡肋。逼得用户外出飞行不得不携 带多块电池备用，造成使用操作的诸多不便，为此有诸多企业在2016年里做出 了新的尝试。 1. 氢燃料电池
第一课 无人机空气动力学
第一课空气动力学 一、飞行小故事 伯努利原理：丹尼尔·伯努利在1726年首先提出在水流或气流里，如果速度小，压强就大，如果速度大，压强就小。由此我们可以解释飞机为什么能够飞上天，因为机翼受到向上的升力。飞机飞行时机翼周围空气的流线分布是指机翼横截面的形状上下不对称,机翼上方的流线密,流速大,下方的流线疏,流速小。由伯努利方程可知,机翼上方的压强小,下方的压强大。这样就产生了作用在机翼上的方向的升力。 二、飞行目标 1、通过实验理解伯努利原理。 2、动手制作雷鸟飞机，知道螺旋桨的迎风面，并且了解它产生的反冲力。 3、调试雷鸟飞机，尝试提高它的滞空时间。 三、飞行所需材料 一杯水、一个吸管、一把剪刀、一架雷鸟飞机 四、飞行练习 1、练习一：感知伯努利原理 我们接下来用一个小实验来体验一下伯努利原理，从而感知飞机上浮的原因。
左手拿着短的放在水中，右手拿着长的吹气，吸管吹气的那个地方空气速度很快，这样大气压力变小，但是短吸管下面的大气压力没有变化，就会把水压到吹气的地方。 实验完成后注意整理材料哦 2、练习二、雷鸟飞上天 我们组装雷鸟模型飞机，体验伯努利原理，让飞机上天。 步骤一：取出机翼，按照一下方法折叠。标注为为正折向下折，标注为反折向上折。注意动作要轻，切勿折断机翼。 你说说飞机在飞行过程中，空气在机翼的行走的路线吗？试试用皮尺测量机翼正反面翼的长度，用速度=路程÷时间来比较一下空气在机翼正反面的流速。 我们发现：空气在机翼上方路程比下方大，时间一样，所以流速要快。流速的快慢，形成了气压下方比上方大，就形成了向上的压力，飞机就会被往上推。 步骤二：定型主翼，先给翼型定型片贴上双面胶，再将定型片粘贴到机翼上反角背面，最后用加强胶带加固。
空气动力学
空气动力学 崔尔杰* (中国航天科技集团第701研究所) 本文简要回顾空气动力学发展的历史及其在航空航天飞行器研制中的作用，对现代空气动力学新的发展趋势和新一代航天飞行器研制中可能遇到的关键气动力问题进行探讨和分析，并对今后发展提出看法。 一、空气动力学与航空航天飞行器发展 空气动力学是研究空气和其他气体的运动规律以及运动物体与空气相互作用的科学，它是航空航天最重要的科学技术基础之一。 1．空气动力学推动20世纪航空航天事业的发展 1903年莱特兄弟研制成功世界上第一架带动力飞机，实现了人类向往已久的飞行梦想。为了研制这架飞机，他们进行过多次滑翔试验，还为此建造了一座试验段为0.01m2的小型风洞。正是这些努力，加上综合运用早期的空气动力学知识，最终获得了成功。 20世纪初，建立在理想流体基础上的环量和升力理论以及普朗特提出的边界层理论奠定了低速飞机设计基础，使重于空气的飞行器成为现实。40年代中期至50年代，可压缩气体动力学理论的迅速发展，以及对超声速流中激波性质的理论研究，特别是跨音速面积积律的发现和后掠翼新概念的提出，帮助人们突破“音障”，实现了跨音速和超音速飞行。50年代中期，美、苏等国研制成功性能优越的第一代喷气战斗机，如美国的F-86、F-100，苏联的米格-15、米格-19等。50年代以后，进入超音速空气动力学发展的新时期，第二代性能更为先进的战斗机陆续投入使用，如美国的的F-4、F-104，苏联的米格-21、米格-23，法国的幻影-3等。 1957年苏联发射第一颗地球人造卫星和1961年第一艘载人飞船“东方号”升空，被认为是空间时代的开始。美、苏两国在战略导弹和航天器发展方面的激烈角逐，促使超音速和高超音速空气动力学得到迅速发展。两个超级大国都投入巨大力量，致力于发展地面模拟设备，开邻近高超出音速空气动力学和空气热力学的研究。航天方面的研究重点放在如何克服由于高超音速飞行和再入大气层，严重气动加热所引起的“热障”问题上在钱学森先生倡导下诞生了一门新的学科，即物理力学，为航天器重返大气层奠定了科学基础。航空方面的研究重点则放在了发展高性能作战飞机、超音速客机、垂直短距起落飞机和变后掠翼飞机。这一时期，空气动力研究方面的另一项重要成就是“超临界机殿”新概念的提出，它可以显著提高机翼的临界马赫数。20世纪70年代后，脱体涡流型和非线性涡升力的发现和利用，是空气动力学的又一重要成果。它直接导致了第三代高机动性战斗机的产生，如美国的F-15、F-16，苏联苏-27、米格-29和法国的“幻影2000”。
无人机动力系统研究
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/7f1968829.html, 无人机动力系统研究 作者：田汉曹著明 来源：《海峡科技与产业》2017年第07期 摘要：无人机系统中的动力装置是无人机的主要关键技术之一，它直接影响到无人机的 性能、成本和可靠性。现在主要用于军用和民用，具有较好的发展趋势。就目前来看，无人机的动力还是有3种不同的设备来提供。无刷电机因其具有高效率（通常大于80%）、低能耗、低噪音等优势，是本文的主要研究对象。通过对电机的结构及原理进行深入的研究和了解。知道了无刷直流电机采用的电刷装置不是一般传统的装置，且换向器也不一样，转子的材料也有了改变，可以说从性能上看是现在最理想的调速电机。 关键词：无人机；动力系统；无刷电机；研究 1 无人机动力系统 动力系统对于无人机来说是至关重要的。无人机动力系统主要部件是电机（负责带动螺旋桨），电调（负责控制电机转速电池），电池（负责给动力系统）及螺旋桨（将发动机转动功率转化为推进力或升力的装置）。电机由电动机主体和驱动器组成，无刷电机在我们国家因其日益成熟的技术、广泛的应用和产量、价格的原因，在短时间内，得到了快速的发展。又因为它的生产成本比较低、技术的快速发展已经在多个领域得到了应用。从电动遥控车到电动遥控船再到电动模型飞机，目前它正进入模型领域的各个层面，，无处不在。之所以说动力系统是至关重要的，是因为动力系统各个部分之间是否匹配、动力系统与整机是否匹配，直接影响到整机效率、稳定性。 无人机动力系统原理，如图1所示。 无人机的电机主要以无刷电机为主，一头用于固定在飞机架的电机座上，一头用于固定螺旋桨，通过螺旋桨的旋转产生向下的推力。不同规格、功率的电机配合不同大小、负载的机架，效率对于电机来说才是最主要的，而不是说越大越好。单独的电机是不能工作的，需要电调的配合，它可以控制电机的转速。和电机一样，不同规格的电调配合着不同负载的动力系统，虽然电调用大了没太大影响，但是效率就会下降，因为电调大了，质量也就重了；是，同样以高效率为第一目直接产生推力的部件------螺旋桨。相互匹配的电机、电调和螺旋桨在一起搭配时，可以在相同的推力下耗用更少的电量，这样就可以提高无人机的续航能力。锂聚合物电池是现在无人机主要使用的电池，它具有能量密度大、重量轻、耐电流数值较高等优势，而这些优势对于无人机来说都是较为适合的。虽然手机领域也有部分使用锂聚合物电池，但就充、放电能力而言远远不及无人机的这些电池。由于这些电池被使用在无人机的动力系统，所以也会被叫做“动力电池”。无刷电机的主要优缺点为势如下： 电机结构如图2所示：
直升机空气动力学现状和发展趋势
直升机空气动力学现状 二级学院：航空维修工程学院 班级：航修六班 学号：14504604 姓名：李达伦 日期：2015年6月30日
直升机空气动力学现状 （航修六班14504604 李达伦） 摘要：直升机空气动力学是直升机技术研究及型号研制的基础性学科和先进学 科，本文概述了国外的直升机气动理论与方法研究、基于气动理论和方法的应用基础研究、直升机气动试验技术的研究现状。 关键词：空气动力学；直升机 Abstract：Aerodynamics of helicopter is a helicopter technological research and model development of basic disciplines and advanced subject. This paper summarizes the foreign helicopters gas dynamic theory and method of research, based on the aerodynamic theory and methods of applied basic research, helicopter aerodynamic test technology research status. Key word：Air dynamics; helicopter 1 前言 飞行器的设计和研制必须以其空气动力学为主要依据，这是飞行器研制区别 于其它武器平台的典型特征。直升机以旋翼作为主要的升力面、推力面和操纵面， 这种独特的构型和旋翼驱动方式，更使其气动特征具有复杂的非定常特征，其气 动分析和设计技术固定翼飞行器更具挑战性。 直升机气动研究是指认识直升机与空气之间作用规律、解释直升机飞行原 理、获取提升直升机飞行能力和效率的新知识、新原理、新方法的研究活动，其 主要任务是获得直升机的空气动力学特性[1]。由于直升机气动特征性直接决定了 型号飞行性能、振动特性、噪声水平，且是结构设计、寿命评估等的直接依据， 因此直升机气动研究是直升机技术研究的重要方面，更是型号研制的基础。尤其 是要实现舒适、安全、便利、快捷的直升机型号研制目标，直升机空气动力学将 体现其核心推动作用。 2 内容和范围 直升机空气动力学专业发展涵盖的内容和范围主要有直升机气动理论与方 法的研究、基于气动原理的应用基础研究以及气动特性试验研究三大内容。 直升机气动理论与方法的研究重点关注旋翼与周围空气相互作用现象及机 理的分析模型和方法，通过对气动理论和方法的研究，实现对直升机及其流场的 深入了解，以准确地计算其空气动力学特性。 气动应用研究是指基于气动理论和方法，以直升机研制为目标所展开的应用 基础研究，涵盖气动特性、气动弹性、气动噪声、结冰模拟、流动控制等应用领
无人机动力部件(电机和电调)系统知识与原理
本文向各位无人机航模爱好者介绍下电机的种类（有刷电机和无刷电机）、转速调节器（简称电调）。 电动飞机的动力，主要是指2个元件：第一就是电机(Motor)，也称马达，第二是电调。 电调的作用是控制电机转速的调速器(Speed Controller)，很久之前早期的调速器是使 用舵机控制可调电阻拨片来实现，此类称为机械调速器，现已退出历史舞台，仅能在一些复刻车架包装盒或者说明书上看到其照片。现在我们说调速器，都是指电子调速器，简称电调，英文Electronic Speed Controller，缩写ESC 按大类来分，可分为有刷动力和无刷动力。即有刷电调搭配有刷电机，以及无刷电调搭配无刷电机。 有刷电机与无刷电机 车模用的电机，全部都是内转子电机，也就是电机外壳是固定的，靠里面圆形转子转动。外转子的这里不予讨论，想要了解外转子与内转子的，可以自行百度了解。 有刷电机：早期的电机，是将磁铁固定在电机外壳或者底座，成为定子。然后将线圈绕组，成为转子，模型车用有刷电机常见都是3组绕线，下图就是典型的有刷电机构造。 通过图片可见有刷电机最基本的组成部分除了定子，转子，还有碳刷，有刷电机因此也叫碳刷电机，或者有碳刷电机。碳刷通过与绕组上的铜头接触，让电机得以转动。但是由于由于高速转动时，会带来碳刷的磨损，因此有刷电机需要在碳刷用完之后，更换碳刷。而铜
头也会磨损，因此在有碳刷时代的竞赛电机，除了更换碳刷，还需要打磨铜头，让铜头保持光滑。更换碳刷后还需要磨合，让碳刷与铜头的接触面积最大化，以实现最大电流来提高电机的转速/扭矩。 无刷电机：既然有刷有以上的弊端，于是无刷便应运而生。 无刷是把线圈绕在定子上，然后把磁铁做成转子，转动的是磁铁，而不是线圈，因此就没有了碳刷这个消耗品。 既然线圈固定了，那么如何让线圈产生变化的磁场呢?这就是为什么无刷需要3根线的原因了。利用无刷电调，给线圈组对应地供电以产生相应的磁场，就可以实现不停地驱动磁铁转子保持转动。 下图就是无刷电机的最基本原理，动画图十分简单易懂，就是我们现在主流的2极电机的驱动原理。 总结：无论有刷电机还是无数电机，基本原理都是通过线圈产生磁场，然后搭配永磁铁 来驱动转子转动。有刷是把永磁铁做成定子，线圈做成转子。而无刷则是把线圈做成定子，永磁铁做成圆形的转子。 电机使用小提示：玩家面向马达输出轴，马达以逆时针转动时，车架是前进方向，则是 标准的车架设计。如果某些车架使用非标设计，那么就会变成马达逆时针转动时，车子反而后退。当然也有可能是一些轴车玩家安装过程出错，将差速的左右装反了，也会出现反向的错误。 有刷电调与无刷电调 有刷电调，说完有刷电机，自然要提及到有刷电调，有刷电调就是用来控制有刷电机转速的设备了。 有刷电调往往只有4根线，2根是输入电源端，接到正负极。另外2根则是控制电机转速的输出端，接到电机的2个电极上。通过改变电流/电压以及传导方向就可以实现对转速以及正反的控制。 下图是好盈酷跑60A防水型有刷电调，此电调的详细参数参考翼趣无人机网所列。
无人机培训学校大纲模板仅供参考
民用无人驾驶航空器系统驾驶员 训练大纲 编制：公司名称 批准人：总经理 编制时间：年月日
总经理声明 依据中国民用航空局《一般运行和飞行规则》（CCAR-91R2）、《民用航空器驾驶员和地面教员合格审定规则》（CCAR-61R4）、《民用无人驾驶航空器系统驾驶员管理暂行规定（AC-61-FS-2013-20）》及《轻小无人机运行规定（试行）（AC-91-FS-2015-31）》等有关规章的要求，为规范无人驾驶航空器系统（以下简称无人机）驾驶员和机长的训练工作，公司名称（以下简称：“**”）组织有关人员编写了《民用无人驾驶航空器系统驾驶员训练大纲》（以下简称训练大纲）。该大纲由无人机理论及实践飞行训练大纲两部分组成。 训练大纲中明确规定了取得无人机驾驶员合格证和机长合格证的训练内容、课时和有关标准，是必须完成的最低标准。实施时必须严格执行，不得随意删改，如需更改，需经总经理批准。同时，在训练过程中，按照“**”有关管理程序实施监督检查，使学员经过训练达到训练大纲所规定的标准。 该训练大纲将根据需要，适时进行修订，具体修订工作由“**”的安技部负责。总经理承诺将认真执行训练大纲内容，科学安排，循序渐进，严格标准，确保训练安全和质量。 总经理： 年月日
1.在每次完成手册改版更新工作后，将换版人的姓名以及换版的日期填入相应的空格内。 如发现缺少修订的新版，请速与公司部门联系。 2.各部门收到新版后的一个星期内完成相关所有手册的更新。
目录 第一章概述 (5) 第二章地面理论训练大纲（驾驶员/机长适用） (7) 第一节民航法规与空中交通管制（*课时） (8) 第二节无人机概述与系统组成（*课时） (9) 第三节空气动力学基础与飞行原理（*课时） (10) 第四节结构与性能（*课时） (11) 第五节通信链路与任务规划（机长适用*课时） (12) 第六节航空气象与飞行环境（*课时） (13) 第七节无人机系统特性与操纵技术（*课时） (14) 第八节无人机飞行手册及其他文档（*课时） (15) 第九节植保无人机运行及安全（附加植保等级适用）（*课时） (16) 第三章实践飞行训练大纲 (17) 第一节模拟飞行（*/*课时） (20) 第二节无人机拆装、维护、维修和保养（*/*课时） (21) 第三节地面站设置与飞行前准备（机长适用）（*/*课时） (22) 第四节起飞与降落训练（*/*课时） (23) 第五节本场带飞（*/*课时） (24) 第六节本场单飞(*/*课时) (26) 第七节紧急情况下的操纵和指挥（*/*课时） (28) 第八节植保无人机运行（适用于附加植保等级）（*/*课时） (30) 第九节考核和结业（*/*课时） (31)
未来航空空气动力学的发展(精)
未来航空空气动力学的发展 空气动力学的每一个新的发现或突破都会导致飞行器性能的提高和更新换代。第一次世界大战期间,俄国科学家茹科夫斯基提出的不可压翼型升力公式奠定了飞机设计的基础。第二次世界大战以来,高速空气动力学,包括可压缩空气动力学的理论和实验的研究成果(如面积律及后掠翼概念的提出,最终保证了X-1成功突破音障,并推动了一系列超声速飞行器的发展和更新换代。20世纪60年代至今的40多年间,由于分离流和漩涡动力学方面的研究成果以及脱体涡非线性空气动力学的应用,飞机的失速临界迎角和最大升力系数大大增加,从而使战斗机性能显著提高,实现了更新换代。同时在民机领域,超临界翼型、多种形式的前后缘襟翼和翼梢小翼等的应用也导致了民机的快速更新换代。 先分析一下F-22战斗机及第三代喷气式客机的性能及其相关先进气动技术。F-22,世界上第一种也是目前唯一一种投入使用的第四代超声速战斗机。它所具备的"超声速巡航、超机动性、隐身、可维护性"(即所谓的S4概念,也有资料将"短距起落"包含在内,称为S5成为第四代超声速战斗机的划代标准。超声速巡航的实质是通过先进的气动设计,大幅降低超声速零升阻力系数,提高超声速升阻比,结合大推力低油耗发动机,使飞机在不开加力的情况下实现长时间的超声速飞行。超机动性,主要就是指过失速机动性。良好的大迎角飞行品质和有效的控制手段是过失速机动性的两大基础,而这两大基础的技术依靠就是大迎角空气动力学和先进的控制系统。一般战斗机在迎角超过30°时就会产生俯仰发散、抖振、失速、不可控横航向运动等一系列问题,而F-22可以保持迎角在-40°~60°飞机的可控性,这都得益于其优良的气动布局。隐身性能,即低可探测性。据报道,F-22的雷达散射截面积(RCS沿主要方位约为0.08~0.065m2,这主要得益于先进隐身材料和气动隐身设计。F-22是通过以下方面在气动上实现上述性能的: (1采用翼身融合体,带内部武器舱。
从战斗机的发展历程看空气动力学的贡献
摘要战斗机在各种类型的飞机中具有最高的空气动力学要求，其技术水平也最能反映航空科学技术的发展情况。随着空气动力学及其他航空科技的阶段性突飞猛进，战斗机的发展也呈现出阶跃的现象。因此，文章从最早的战斗机直至现代最新投入使用的战斗机，乃至正在研制或未来可能出现的战斗机的性能和特点出发，进行了分代，从中可以看出空气动力学对于战斗机发展具有明显的推动作用。 关键词飞机，航空，空气动力学，战斗机分代 Abstract Fighter planes have the highest aerodynamic requirements amongst all aircraft. Their technical level reflects the development of aviation science and technology.With the chang-ing leaps of progress in aerodynamics and related fields,the development of fighter planes also underwent various leaps and bounds.This history may be divided into different stages according to the technical level,and covers the earliest fighters,modern fighters,those under development, and even those potentially possible.The importance of aerodynamics for future development is obvious. Keywords airplane,aviation,aerodynamics,fighter plane generations 1航空飞行器的分类 根据克服重力的方式的不同，航空飞行器可以分为轻于空气的飞行器和重于空气的飞行器。轻于空气的航空器包括气球、飞艇等，采用空气浮力克服重力；重于空气的航空器包括常见的飞机、直升机等，通过翼型与空气之间的相对运动产生空气动力克服重力。在历史上，轻于空气的航空器更早得到发展，但重于空气的航空器是现代航空飞行器应用的主流。 按照产生升力的装置的不同，重于空气的航空器可以分为三大类：固定翼航空器(fixed-wing aircraft)、旋翼机(rotorcraft)和扑翼机(ornithop-ter)。这其中，固定翼航空器又可以根据有无动力装置而被分为飞机(airplane)和滑翔机(glider)。根据国际民航组织的定义，旋翼机可以分为直升机(helicopter)、自转旋翼机(autogyro或gyroplane)和旋翼式螺旋桨飞机(gyrodyne)。 按照用途的不同，航空器可以按照图1的方式进行划分。 在各种飞机中，战斗机具有最高的空气动力学要求，其技术水平也最能反映航空科学技术的发展情况。通过分析历史上的各种主流战斗机的性能和技术等方面特点，并进行适当的归类分代，根据各