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無(wú)人機(jī)是怎么工作的呢

   2021-05-28 13280
核心提示:無(wú)人機(jī)要飛起來(lái),首先要產(chǎn)生升力。固定機(jī)翼產(chǎn)生升力依靠伯努利源理,即壓強(qiáng)項(xiàng)、速度頂和液體高度壓強(qiáng)項(xiàng)之和為一個(gè)常數(shù)。機(jī)翼形狀
無(wú)人機(jī)要飛起來(lái),首先要產(chǎn)生升力。固定機(jī)翼產(chǎn)生升力依靠伯努利源理,即壓強(qiáng)項(xiàng)、速度頂和液體高度壓強(qiáng)項(xiàng)之和為一個(gè)常數(shù)。機(jī)翼形狀通常為上凸下平,這樣機(jī)翼上方流速大而壓強(qiáng)小,下方流速小而壓強(qiáng)大,壓力差就產(chǎn)生了升力。球類(lèi)運(yùn)動(dòng)中的上旋和下旋球也遵從伯努利原理而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)軌跡上升和下沉的效果。值得一提的是飛機(jī)起飛時(shí)機(jī)身仰起也可以產(chǎn)生升力,但同時(shí)需要發(fā)動(dòng)機(jī)做功而克服阻力來(lái)實(shí)現(xiàn)飛行。直升飛機(jī)的螺旋槳通過(guò)排走空氣也可以產(chǎn)生升力。
固定翼無(wú)人機(jī)的推力可以來(lái)自于螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)甚至噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。對(duì)旋翼無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō),推力可依靠?jī)A斜旋翼而產(chǎn)生在傾斜方向上的推力,也可以通過(guò)控制旋翼在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的姿態(tài)而產(chǎn)生推力。對(duì)多旋翼無(wú)人機(jī)未說(shuō),推力可以由各旋翼之間的速度差而獲得。
無(wú)人機(jī)要實(shí)現(xiàn)可控/自主飛行,主要需要完成姿態(tài)控制、拍攝/測(cè)量、信息存儲(chǔ)/傳輸、環(huán)境感知(防撞)。自動(dòng)控制原理的一個(gè)出發(fā)點(diǎn)是閉環(huán)反饋控制,即在施加輸入調(diào)節(jié)后,測(cè)量控制量的變化情祝并反饋調(diào)節(jié)至輸入,直至控制量達(dá)到目標(biāo)值為止。例如為無(wú)人機(jī)設(shè)定一條航跡,在飛行過(guò)程中實(shí)時(shí)測(cè)量飛行位置是否偏離航跡,并進(jìn)行相應(yīng)的偏航校正。環(huán)境感知是通過(guò)使用各種傳感器(光學(xué)攝像機(jī)、超聲波等)來(lái)探測(cè)識(shí)別無(wú)人機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡上的障礙物,例如建筑物、橋梁等,并進(jìn)行機(jī)動(dòng)規(guī)避。無(wú)人機(jī)為什么能夠飛起來(lái)
在機(jī)翼上,壓力的點(diǎn)也就是所謂的駐點(diǎn),在駐點(diǎn)處是空氣與前緣相遇的地方??諝庀鄬?duì)于機(jī)翼的速度減小到零,由伯努利定理知道這是壓力的點(diǎn)。上翼面和下翼面的空氣必須從這個(gè)點(diǎn)由靜止加速離開(kāi)。在一個(gè)迎角為零、完全對(duì)稱(chēng)的機(jī)翼上,從駐點(diǎn)開(kāi)始,流經(jīng)上下表面的氣流速度是相同的,所以上下表面的壓力變化也是完全相同的。這和在狹長(zhǎng)截面的文氏管中的流動(dòng)是相似的,在流速達(dá)到點(diǎn),其壓力達(dá)到。在這個(gè)壓力點(diǎn)之后,兩個(gè)表面的流速同時(shí)降低。空氣最終必定要回到主來(lái)流當(dāng)中,壓力也恢復(fù)到正常。由于上下表面的速度和壓力特性是相同的,所以這種狀態(tài)的機(jī)翼不會(huì)產(chǎn)生升力。
如果對(duì)稱(chēng)機(jī)翼相對(duì)來(lái)流旋轉(zhuǎn)了一個(gè)迎角,駐點(diǎn)就會(huì)稍稍向前緣的下表面移動(dòng),并且流經(jīng)上下表面的空氣流動(dòng)情況也發(fā)生的改變,流經(jīng)上表面的空氣被迫多走了一段距離,在上下表面,空氣仍然有一個(gè)從駐點(diǎn)加速離開(kāi)的過(guò)程,但是下表面的速度要小于上表面的速度。因此,機(jī)翼下表面的壓力就比上表面的壓豪獅聯(lián)合整地機(jī)力大,升力由此產(chǎn)生。所以,知道旋轉(zhuǎn)一個(gè)正的迎角,對(duì)稱(chēng)翼型完全能夠產(chǎn)生升力。
一個(gè)有彎度的翼型展示了與對(duì)稱(chēng)翼相似的速度和壓力分布,但是由于翼型存在彎曲,盡管弦線的位置可能是幾何零迎角,平均壓力和升力與對(duì)稱(chēng)翼型仍然存在差異。
在某些幾何迎角為負(fù)的位置上,上下表面的平均壓力是可能相等的,因此有彎度翼型存在一個(gè)零升迎角,這是翼型的氣動(dòng)力零點(diǎn)。盡管在這個(gè)迎角下沒(méi)有產(chǎn)生升力,但由于翼型彎度存在,上下面的流動(dòng)特征是不一樣的。因此,盡管上下表面沒(méi)有平均壓力差,在翼表面上卻會(huì)產(chǎn)生不平衡并導(dǎo)致俯仰力矩的產(chǎn)生,這個(gè)力矩在飛行器配平中非常重要。
升力系數(shù)有一個(gè)非常明確的極限值。如果迎角太大或是彎曲度增加太多,流線就會(huì)被破壞并且流動(dòng)從機(jī)翼上分離。分離劇烈地改變了上下表面的壓力差,升力被大幅度降低,機(jī)翼處于失速狀態(tài)。
氣流分離在小范圍內(nèi)是一種普遍的現(xiàn)象。在上表面,流動(dòng)可能在后緣前某個(gè)地方就分離了,氣流在上下表面都可能分離,但是有可再附著。這就是所謂的氣泡分離。(俊鷹無(wú)人機(jī))

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