您当前的位置:首页 > 航飞知识

无人机重要参数之升力

 

升力和阻力是无人机的两个很重要的参数,是在与空气的相对运动中(相对气流)产生的。升力来源于机翼上、下表面的气压差,此气压差是由气流的速度导致的。但机翼上、下表面气流的速度差的成因解释较为复杂,下面结合空气动力特性与基本规律(连续性定理、伯努利原理)介绍升力的产生。

(1)连续性定理。当流体连续不断而稳定地流过一个粗细不等的流管时,在管道粗的地方流速比较慢,在管道细的地方流速比较快。这是由于管中任何一部分的流体既不能中断也不能堆积,因此在同一时间,流进任一截面的流体质量和从另一截面流出的流体质量应该相等。这就是质量守恒定律。

在单位时间内,流过任一截面的流体体积等于流体流过该截面的速度乘以该截面的面积,而体积与流体密度相乘,即为单位时间内流过该截面的流体质量。即:

m=pvA

式中 m——单位时间内流过任一截面的流体质量

P——流体密度,kg/m³

V——流体速度,m/s

A——所取截面面积,m²。

p1v1A1=p2v2A2=常数

这就是质量方程或连续方程。它说明通过流管各截面的质量流量必须相等。对于不可压缩流体,p1=p2=常数,上式变为

v1A1=v2A2

可知,对于不可压缩流体来说,通过流管各横截面的体积流量必须相等。上式表明,流体流速的快慢与管道截面的大小成反比,这就是“连续性定理”。即流管横截面变小,平均流速将增大;反之,流管横截面变大,平均流速将变小。日常所见的山谷里的风通常比开阔平原的风大;在河床浅而窄的地段,河水流得比较快,在河床深而宽的地段,河水流得比较慢,就是遵循了连续性定理。

(2)伯努利原理。伯努利原理是研究气流特性和空气动力之所以产生和变化的基本原理之一。1738年,瑞士物理学家丹尼尔·伯努利阐明了流体在流动中的压力与速度之间的关系,后来科学界称之为伯努利原理。即流体速度大的地方压力小,流速小的地方压力大,这就是流速与压力之间的关系,也就是伯努利原理的基本定义。例如,在两张纸片中间吹气,两纸不是分开,而是相互靠拢。

伯努利原理是能量守恒定律在流体力学(空气流动过程)中的推广应用。在低速流动空气中,参与转换的能量有两种:动能和压力能。气流一流动,就有动能产生,流动速度越大,动能越大。一定质量的空气,具有一定的压力(即静压),静压越大,压力能越大。根据能量守恒定律,气流稳定流过一条流管时,如果没有外界能量的加入,也就没有能量的损失,气流流动过程中的总能量始终是不变的。即:动能+压力能=常量。

但是流体动能与压力能是可以互相转换的,当流速变小时,动能减小,压力能却增大,表现为压强增大。流速增大时,动能增加啊,压力能就要减小,表现为压强减小。这就是流速减小,压强升高,流速增大,压强降低的根本原因。

应当注意,以上定理在下述条件下才成立。

1)气流是连续的、稳定的。

2)流动中的空气与外界没有能量交换。

3)气流中没有摩擦,或摩擦很小,可以忽略不计。

4)空气的密度没有变化,或变化很小,可认为不变。

(3)升力的产生。综合连续性定理和伯努利原理,可总结出如下结论:流管变细的地方,流速大,压力小;反之,流管变粗的地方,流速小,压力大。根据这一结论,就可初步说明机翼上产生升力的原因了。

从空气动力角度看,飞机的几何外形有机翼、机身和尾翼[分水平尾翼(简称平尾)和垂直尾翼(简称立尾)]等只要部件共同构成。飞机的升力绝大部分是由机翼产生,尾翼通常是产生负升力,飞机其他部分产生的升力很小,一般不考虑。

空气流到机翼前缘,分成上、下两股气流,分别沿机翼上、下表面流过,在机翼后缘重新汇合向后流去。机翼上表面比较凸出,流管较细,说明流速加快,压力降低。而机翼下表面,气流受阻挡作用,流管变粗,流速减慢,压力增大。这里就引用到了上述两个定理。于是机翼上、下表面出现了压力差,垂直于相对气流方向的压力差的总和就是机翼的升力。这样,重于空气的飞机借助机翼上获得的升力克服自身因地球引力形成的重力,从而翱翔在蓝天上了。

机翼升力的产生主要靠上表面吸力的作用,而不是靠下表面正压力的作用,一般机翼上表面形成的吸力占总升力的60%~80%,下表面的正压形成的升力只占总升力的20%~40% 

23.jpg

咨询航拍服务可加昆明俊鹰无人机飞控手老鹰的微信laoyingfly

相关文章
云南骏鹰航空科技有限公司 版权所有
Copyright © 2013 www.jyuav.com, All Rights Reserved
联系人:高先生
电话(微信):18208826648
地址:昆明市西福路骏鹰航空科技园
网站备案号: 滇ICP备19003830号-1

微信咨询.png