固定翼无人机知识,固定翼无人机组装理论概述

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固定翼无人机是无人机的一种,其特点是机翼固定且无需旋转。这种无人机依靠经过机翼的气流提供升力,使其能够飞行。在结构上,固定翼无人机的基本结构,主要由机翼、机身、尾翼、起落装置和动力装置等五个部分组成。

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机翼

机翼的主要功能是产生飞行所需要的升力。机翼的基本组成结构有翼梁、纵墙、桁条、翼肋和蒙皮等。

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机身

机身的主要功能是装载燃料和设备,同时作为固定翼无人机安装基础,将机翼、尾翼、起落装置等连成一个整体。

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尾翼

尾翼的主要功能是稳定和操纵固定翼无人机俯仰及偏转。尾翼由水平尾翼和垂直尾翼两部分组成,水平尾翼水平安装在机身尾部,由固定的水平安定面及其后的可转动的升降舵组成;垂直尾翼垂直安装在机身尾部,由固定的垂直安定面及其后的可转动的方向舵组成。

起落装置

起落装置的主要功能是支撑无人机在地面上的活动,包括起飞和着陆滑跑、滑行、停放。陆上无人机的起落架一般由支柱、减震器、机轮和收放机构等四部分组成。

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动力装置

动力装置的主要功能是产生拉力(螺旋桨式)或推力(喷气式),使无人机产生相对空气的运动。

翼型

机翼横截面的轮廓叫翼型或翼剖面,是指沿平行于无人机对称平面的切平面切割机翼所得到的剖面。直升机的旋翼和螺旋桨叶片的截面也称翼型。

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1-翼剖面;2-前缘;3-后缘;4-翼弦

翼型各部分的名称如图。一般翼型的前端圆钝,后端尖锐,下表面较平,呈鱼侧形。

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翼型

机翼的基本平面形状有矩形翼、椭圆翼、梯形翼、后掠翼、三角翼等,各种不同平面形状的机翼,其升力、阻力之所以有差异,与机翼平面形状的各种参数有关。机翼平面形状的几何参数主要有机翼面积、翼展、展弦比和后掠角等。

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机翼面积,指机翼在机翼基本平面上投影面积,用S表示。

翼展,在机翼之外刚好与机翼轮廓线接触,且平行于机翼对称面(通常是无人机参考面)的两个平面之间的距离称为机翼的展长,用L表示。

展弦比,机翼翼展的平方与机翼面积之比,或者机翼翼展与机翼平均几何弦长(机翼面积S除以翼展L)之比,L²/S。

后掠角,描述翼面特征线与参考轴线相对位置的夹角。用x表示,通常x_0表示前缘后掠角, x_0.25表示1/4弦线后掠角,x_1.0表示后缘后掠角。后掠角表示机翼各剖面在纵向的相对位置,也即表示机翼向后倾斜的程度,后掠角为负表示翼面有前掠角。

升力的产生及影响因素

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1-空气动力作用点  2-前缘  3-后缘  4-翼弦

升力的产生

在翼型的上表面,因流管变细,即流管截面积减小,气流速度大,故压强减小;而翼型的下表面,因流管变化不大,故压强基本不变。

翼型上、下表面生了压强差,形成了总空气动力R,R的方向向后向上,总空气动力R与翼弦的交点叫做压力中心。

总空气动力分成两个分力:一个与气流速度垂直,起支托飞机重量的作用,就是升力Y;另一个与流速平行,起阻碍飞机前进的作用,就是阻力D。

升力公式                      

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式中:Y为升力(N),C_y为升力系数,ρ为空气密度(kg/m3), v为相对气流速度(m/s),S为机翼面积(m2)。

阻力的产生及影响因素

摩擦阻力

摩擦阻力,是由于大气的黏性而产生的。当气流以一定速度v流过无人机表面时,由于空气的黏性作用,空气微团与无人机表面发生摩擦,阻滞了气流的流动,因此产生了摩擦阻力。

摩擦阻力的大小,取决于空气的黏性、无人机表面的状况,附面层中气流的流动情况和同气流接触的无人机表面积的大小。

减少摩擦阻力,可以减少无人机同空气的接触面积,也可以把表面做光滑些,以减少它的摩擦阻力,也可选择升阻比大的翼型,以及减小气流相对速度。

压差阻力

压差阻力,是由运动着的物体前后所形成的压强差产生的。

诱导阻力

诱导阻力是伴随着升力而产生的,如果没有升力,诱导阻力为零。因此,这个由升力诱导而产生的阻力叫做诱导阻力,又叫做升致阻力。

干扰阻力

干扰阻力,是无人机各部分之间因气流相互干扰而产生的一种额外阻力。干扰阻力主要产生在机身和机翼、机身和尾翼、机翼和发动机短舱、机翼和副油箱之间。

大部分的轻微型民用固定翼无人机都是依靠螺旋桨产生拉力/推力(实质上,拉力也是推力,只是对于螺旋桨无人机,习惯上称为拉力)。

螺旋桨介绍

螺旋桨是指靠桨叶在空气或水中旋转,将发动机转动功率转化为推进力的装置。

螺旋桨工作原理

空气以一定的迎角流向桨叶时,气流流过桨叶前桨面,就像流过机翼上表面一样,流管变细,流速加快,压强降低;空气流过桨叶后桨面,就像流过机翼下表面一样,流管变粗,流速减慢,压强升高。在桨叶的前后桨面和前后缘均形成压强差,再加之气流作用于桨叶上的摩擦阻力,就构成了桨叶上的总空气动力R,根据总空气动力R对螺旋桨运动所起的作用,可将它分解成两个分力,一个是与桨轴平行、拉着螺旋桨和无人机前进的拉力P;另一个是与桨轴垂直、阻碍螺旋桨旋转的旋转阻力Q。

螺旋桨的副作用

螺旋桨在工作中,一方面产生拉力,提供无人机的前进动力;另一方面还会产生一些对飞行不利的副作用,主要有螺旋桨的进动、反作用力矩和滑流扭转作用等。

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组装步骤   

对于尺寸近似有人机的固定翼无人机,一般应参考有人机的装配要求。

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一般固定翼无人机的组装步骤及顺序:

平台组装

动力装置组装

飞控系统组装

电气系统组装

机载设备组装组成

一般固定翼无人机产品组装步骤由其生产单位确定,在不影响飞行性能的前提下,部分组装顺序可适当调整,并且不同的固定翼无人机产品,其组装步骤可能会要求两个或两个以上的系统并行组装。

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