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无人机工程实施方案无人机工程实施方案此文档 word 版本下载后可任意编辑修改第一章 飞行原理本章介绍一些根本物理观念,在此只能点到为止,如果你 在学校已上过了或没兴趣学,请跳过这一章直接往下看.第一节速度与加速度速度即物体移动的快慢及方向,我们常用的单位是每秒多少公尺公尺/秒0加速度即速度的改变率,我们常用的单位是公尺/秒/秒,如果加速度是负数,那么代表减速.第二节牛顿三大运动定律第一定律：除非受到外来的作用力,否那么物体的速度v会保持不变.没有受力即所有外力合力为零,当飞机在天上保持等速直 线飞行时,这时飞机所受的合力为零,与一般人想象不同的是, 当飞机降落保持相同下沉率下降,这时升力与重力的合力仍是 零,升力并未减少,否那么飞时机越掉越快.第二定律：某质量为 m的物体的动量p = mv变化率是正比于外加力 F 并且发生在力的方向上.此即着名的 F=ma 公式,当物体受一个外力后,即在外力 的方向产生一个加速度, 飞机起飞滑行时引擎推力大于阻力, 于 是产生向前的加速度, 速度越来越快阻力也越来越大, 迟早引擎 推力会等于阻力,于是加速度为零,速度不再增加,当然飞机此 时早已飞在天空了.第三定律：作用力与反作用力是数值相等且方向相反.你踢门一脚,你的脚也会痛,由于门也对你施了一个相同 大小的力第三节力的平衡作用于飞机的力要刚好平衡,如果不平衡就是合力不为零, 依牛顿第二定律就会产生加速度, 为了分析方便我们把力分为 X、 Y、Z 三个轴力的平衡及绕 X、Y、Z 三个轴弯矩的平衡.轴力不平衡那么会在合力的方向产生加速度,飞行中的飞机受的力可分为升力、重力、阻力、推力如图1-1,升力由机翼提供,推力由引擎提供,重力由地心引力产生,阻力由空气产 生,我们可以把力分解为两个方向的力,称x及y方向当然还有一个z方向,但对飞机不是很重要,除非是在转弯中丨,飞 机等速直线飞行时x方向阻力与推力大小相同方向相反,故x方向合力为零,飞机速度不变, y 方向升力与重力大小相同方向相 反,故 y 方向合力亦为零,飞机不升降,所以会保持等速直线飞圖1-1弯矩不平衡那么会产生旋转加速度, 在飞机来说,X轴弯矩不 平衡飞时机滚转,Y轴弯矩不平衡飞时机偏航、Z轴弯矩不平衡 飞时机俯仰如图1-2.Y軸偏航軸Z軸俯仰軸圖1-2第四节伯努利定律伯努利定律是空气动力最重要的公式,简单的说流体的速 度越大,静压力越小,速度越小,静压力越大,这里说的流体一 般是指空气或水,在这里当然是指空气,设法使机翼上部空气流 速较快,静压力那么较小,机翼下部空气流速较慢,静压力较大, 两边互相较力如图1-3,于是机翼就被往上推去,然后飞机 就飞起来,以前的理论认为两个相邻的空气质点同时由机翼的前 端往后走,一个流经机翼的上缘,另一个流经机翼的下缘,两个 质点应在机翼的后端相会合 如图1-4,经过仔细的计算后发 觉如依上述理论,上缘的流速不够大,机翼应该无法产生那幺大 的升力,现在经风洞实验已证实,两个相邻空气的质点流经机翼 上缘的质点会比流经机翼的下缘质点先到达后缘如图1-5.邛川川1川1用和隹8圖1-3圖1-4圖1-5我曾经在杂志上看过某位作者说飞机产生升力是由于机翼有攻角,当气流通过时机翼的上缘产生真空,于是机翼被真空吸上去如图1-6,他的真空还真听话,只把飞机往上吸, 为什幺不会把机翼往后吸, 把你吸的动都不能动,还有另一个常 听到的错误理论有时叫做子弹理论, 这理论认为空气的质点如同 子弹一般打在机翼下缘,将动量传给机翼,这动量分成一个往上的分量于是产生升力,另一个分量往后于是产生阻力如图1-7,可是克拉克Y翼及内凹翼在攻角零度时也有升力,而照这子弹理论该二种翼型没有攻角时只有上面挨子弹,应该产生向下的力才对啊,所以机翼不是风筝当然上缘也没有所谓真真空升力的錯誤理論圖1-6力升力的錯誤理論圖1-7伯努利定律在日常生活上也常常应用,最常见的可能是喷 雾杀虫剂了如图1-8,当压缩空气朝A点喷去,A点附近的 空气速度增大静压力减小,B点的大气压力就把液体压到出口, 刚好被压缩空气喷出成雾状,读者可以在家里用杯子跟吸管来试 验,压缩空气就靠你的肺了,表演时吸管不要成90度,倾斜一点点,以免空气直接吹进管内造成皮托管效应,效果会更好.圖1-8
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