鸟类扑翼飞行原理

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

扑翼飞行原理探索

作者：苗沐霖

来源：《科教导刊·电子版》2016年第31期

摘 要 扑翼飞行起飞时的高升力和推动力主要来自于翅膀推动空气的反作用力。鸟类、昆虫类翅膀的结构和运动方式可以产生有效的高升力和推动力，对扑翼飞行原理的研究有助于对微型飞行器的设计和开发。 关键词 扑翼飞行 高升力 推动力 0引言

动物的飞行是借助于翅膀来完成的，鸟类的翅膀具有特殊的形状，截面如图1所示，它的上表面略微凸起，当鸟在空中飞行的时候，具有一定的水平速度，翅膀上表面的空气流速大于下表面的空气流速，根据伯努利原理，上表面受到的空气压力小于下表面的空气压力，上下表面的气压差产生了高升力，鸟可借助于这个力在空中滑翔。

人们对鸟类翅膀的研究创立了空气动力学，发明了飞机，推动了人类航空事业的发展。但鸟类的飞行与飞机不同，飞机属于固定翼飞行，飞行时它的机翼是固定不动的，起飞时，首先要具有足够高的水平速度，才能产生出足够大的升力。而动物的飞行只需原地拍动翅膀即可起飞，不需要水平速度，甚至能垂直起落，属于扑翼飞行。显然，扑翼飞行原理上是

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扑翼飞行原理探索

作者：苗沐霖

来源：《科教导刊·电子版》2016年第31期

摘 要 扑翼飞行起飞时的高升力和推动力主要来自于翅膀推动空气的反作用力。鸟类、昆虫类翅膀的结构和运动方式可以产生有效的高升力和推动力，对扑翼飞行原理的研究有助于对微型飞行器的设计和开发。 关键词 扑翼飞行 高升力 推动力 0引言

动物的飞行是借助于翅膀来完成的，鸟类的翅膀具有特殊的形状，截面如图1所示，它的上表面略微凸起，当鸟在空中飞行的时候，具有一定的水平速度，翅膀上表面的空气流速大于下表面的空气流速，根据伯努利原理，上表面受到的空气压力小于下表面的空气压力，上下表面的气压差产生了高升力，鸟可借助于这个力在空中滑翔。

人们对鸟类翅膀的研究创立了空气动力学，发明了飞机，推动了人类航空事业的发展。但鸟类的飞行与飞机不同，飞机属于固定翼飞行，飞行时它的机翼是固定不动的，起飞时，首先要具有足够高的水平速度，才能产生出足够大的升力。而动物的飞行只需原地拍动翅膀即可起飞，不需要水平速度，甚至能垂直起落，属于扑翼飞行。显然，扑翼飞行原理上是

四旋翼飞行器结构和原理

四旋翼飞行器结构和原理

1.结构形式

旋翼对称分布在机体的前后、左右四个方向，四个旋翼处于同一高度平面，且四个旋翼的结构和半径都相同，四个电机对称的安装在飞行器的支架端，支架中间空间安放飞行控制计算机和外部设备。结构形式如图 1.1所示。

2.工作原理

四旋翼飞行器通过调节四个电机转速来改变旋翼转速，实现升力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。四旋翼飞行器是一种六自由度的垂直升降机，但只有四个输入力，同时却有六个状态输出，所以它又是一种欠驱动系统。

四旋翼飞行器结构和原理

四旋翼飞行器的电机 1和电机 3逆时针旋转的同时，电机 2和电机 4顺时针旋转，因此当飞行器平衡飞行时，陀螺效应和空气动力扭矩效应均被抵消。

在上图中，电机 1和电机 3作逆时针旋转，电机 2和电机 4作顺时针旋转，规定沿 x轴正方向运动称为向前运动，箭头在旋翼的运动平面上方表示此电机转速提高，在下方表示此电机转速下降。

（1）垂直运动：同时增加四个电机的输出功率，旋翼转速增加使得总的拉力增大，当总拉力足以克服整机的重量时，四旋翼飞行器便离地垂直上升；反之，同时减小四个电机的输出功率，四旋翼飞行器则垂直下降，直至平衡落地，实现了沿 z轴的垂直运动。当外界扰动量为零时，

固定翼飞行教程

一、从空中转弯开始训练

一定有很多初学者有全套的飞行用具，但不晓得怎么飞行，或者是尝试过却

坠机了，因而失去飞行的信心。在此我们要告诉大家：并不是每个人一开始就成功的，请再接再励吧！

OK！言归正传。首先，我们要跟大家说明的是，本专栏是以在有指导者从旁指导的前提下所作的练习。请各位绝对不要一开始就自己一个人飞行。如果全都自己一个人来挑战的话，你就看着好了，“坠机”一定等着你，如果你有了飞机的全部配件，接着你要做的不是单独去飞行，而是先找一个指导者。再一次提醒你：请千万不要单独尝试飞行。 说了这么多，我们现在就正式进入空中转弯的主题吧！你或许会惊讶说一开始就要进入空中转弯吗？是的！因为飞行大致上可以分为起飞、空中转弯和降落三个部分。其中最简单的就是空中转弯，接下来才是起飞和降落。所以当然要从空中转弯开始学起了。

学习在空中完美地转弯不只是提升等级的一个重要关键，也是挑战高技术时重要的角色。对于想要飞遥控飞机的初学者而言，完美无缺转弯技术将使遥控飞机加倍地有魅力。总之，完美的空中转弯是你要学的各种技术中最基本的。 要学习空中转弯，首先是要会使飞机在空中飞行。先请指导者把你的飞机飞

固定翼飛機 飛行原理簡介

1

甲、固定翼飛機之基本空氣動力學

氣動力中心 ac氣動升力 La一、空氣動力之型式 翼弦線氣動力矩 Ma ?下洗氣流改變相對風方向 ?下洗角遠端氣動阻力Da? ?並且 La?Ue 而DaUe 相對風UUwd:下洗風?:有效功角有效相對風Ue --- La及Da皆以ac為施力 e 點，但Ma與ac無關。 通常,wd??U?Ue?U,?e?? ?Da不等於飛行的阻力(§三)

二、空氣動力之數學 --- ?air：空氣密度 --- S：翼面積 ?La、Da及Ma之量化關係： Cl221Cd?USC??USC La?1 ll2aire2air221?USCM??USCm Da?1、da2air2air? --- Cl、Cd、Cm：與?成右圖之函數關係的常數

討論：(1) Cm幾乎與?無關 (2) Cl與?的函數存在有線性區 ?La函數之線性關係：Cl?aw? --- aw：線性區之函數斜率

--- aw的值為機翼之3D形狀的函數

飞行原理

低速飞机翼型前缘 较圆鈍 高速飞机翼型前缘 较尖

平直机翼 有极好的低速特性 椭圆机翼 诱导阻力最小

梯形机翼 矩形加椭圆优点，升阻比特性和低速特性 后掠翼、三角翼 ------ -------- ------ 高速特性 基本术语：

翼 弦---翼型前沿到后沿的连线弦。

相对厚度（厚弦比）----翼型最大厚度与弦长的比值。 翼型的中弧曲度越大表明翼型的上下表面外凸程度差别越大。

翼 展---机翼翼尖之间的距离。 展弦比---机翼翼展与平均弦长的比值。 飞机展弦比越大，诱导阻力越小。

后掠角---机翼1／４弦线与机身纵轴垂直线之间夹角。后掠角为了增大临界马赫数。

迎角---- 相对气流方向与翼弦夹角。 临界迎角---升力系数最大时对应的迎角。 有利迎角---升阻比最大时对应的迎角。

阻力

阻力=诱导阻力+废阻力 诱导阻力：

1.大展弦比机翼比小展弦比机翼诱导阻力小。 2.翼梢小翼可以减小飞机的诱导阻力。 3.诱导阻力与速度平方成反比。

废阻力：

废阻力=压差阻力+摩擦阻力+干扰阻力 1.摩擦阻力：

飞机表面积越大或表面越粗糙，摩擦阻力也越

飞行原理

低速飞机翼型前缘 较圆鈍 高速飞机翼型前缘 较尖

平直机翼 有极好的低速特性 椭圆机翼 诱导阻力最小

梯形机翼 矩形加椭圆优点，升阻比特性和低速特性 后掠翼、三角翼 ------ -------- ------ 高速特性 基本术语：

翼 弦---翼型前沿到后沿的连线弦。

相对厚度（厚弦比）----翼型最大厚度与弦长的比值。 翼型的中弧曲度越大表明翼型的上下表面外凸程度差别越大。

翼 展---机翼翼尖之间的距离。 展弦比---机翼翼展与平均弦长的比值。 飞机展弦比越大，诱导阻力越小。

后掠角---机翼1／４弦线与机身纵轴垂直线之间夹角。后掠角为了增大临界马赫数。

迎角---- 相对气流方向与翼弦夹角。 临界迎角---升力系数最大时对应的迎角。 有利迎角---升阻比最大时对应的迎角。

阻力

阻力=诱导阻力+废阻力 诱导阻力：

1.大展弦比机翼比小展弦比机翼诱导阻力小。 2.翼梢小翼可以减小飞机的诱导阻力。 3.诱导阻力与速度平方成反比。

废阻力：

废阻力=压差阻力+摩擦阻力+干扰阻力 1.摩擦阻力：

飞机表面积越大或表面越粗糙，摩擦阻力也越

第二节 飞行原理和飞行性能

12001

在迎角不变条件下，飞行速度增大一倍则升力：

（B）增大2倍

（A）增大l倍 12002

（C）增大4倍 （D）不变

在迎角不变条件下，飞行速度增大一倍则阻力：

（B）增大2倍 （D）不变

（A）增大l倍 12003

（C）增大

随着飞行高度的增加，保持平飞所需的迎角与真空速的关系为：

（A）均不变 （B）给定迎角下的真空速增大 （C）给定迎角下的真空速减小 （D）两者均减小 12004

影响失速速度的因素有：

（A）重量、过载、功率 （B）过载、迎角和功率 （C）迎角、重量和空气密度 （D）迎角、重量、飞机构形 12005

在小于V有利的飞行速度范围内，平飞速度减小将引起飞机阻力：

（A）增加，因为诱导阻力增大 （B）增大，因为摩擦阻力增大 （C）减小，因为诱导阻力减小 （D）减小，因为压差阻力减小 12006

保持一定速度平飞，随着重量增加飞机：

（A）摩擦阻力增大 （B）诱导阻力增大 （C）诱导阻力减小

《飞行原理》复习内容

复习内容包含了本课程讲授的主要内容，是个较大范围的复习提纲。作为空管、签派专业的学生，需要了解和掌握这些基本知识。考试是一种形式，希望通过这一环节，对所学知识进行系统的梳理、复习，为将来工作打下基础。

第一章 了解：（1） 飞机的主要组成部分及功用 （2） 飞机的基本操纵方法

（3） 机翼切面形状、平面形状 （4） 大气分层及特点 掌握几个概念： （1） 厚弦比

（2） 最大厚度位置 （3） 中弧曲度

（4） 几何平均弦长 （5） 展弦比

（6） 尖削比 （7） 后掠角

（8） 粘性及影响因素 （9） 压缩性

（10）国际标准大气及计算 公式：气体状态方程及内涵

第二章

1、速度与高度

速度的测量和计算，速度的修正，高度定义 2、气流特性

定义：气流，相对气流，流线，流线谱，流管 解释：（1）不同形状物体的流谱特点 （2）连续性定理 （3）伯努利方程 3、升力和阻力的产生

定义：总空气动力，升力，阻力，附面层，流动分离，下洗角，

实验一 四旋翼飞行器实验指导书

一、实验目的

1.通过对四旋翼无人机结构的分析，了解四旋翼无人机的基本结构、工作的原理和传动控制系统；

2. 练习采用手机控制终端来控制无人机飞行，并了解无人机飞行大赛的相关内容，及程序开发变为智能飞行无人机。

二、实验设备和工具

1. Parrot公司AR.Drone 2.0四旋翼飞行器一架； 2. 苹果手机一部；

3. 蓝牙数据传输设备一套。 4. 自备铅笔、橡皮、草稿纸。

三、实验内容

1、了解四旋翼无人机的基本结构；

2、了解四旋翼无人机的传动控制路线；

3、掌握四旋翼无人机的飞行控制的基本操作； 4、了解四旋翼无人机翻转动作的机理； 5、能根据指令控制无人机完成特定操作。

四、实验说明

1、四旋翼飞行器的介绍

任何由人类制造、能飞离地面、在空间飞行并由人来控制的飞行物，称为飞行器。在大气层内飞行的飞行器称为航空器，如气球、滑翔机、飞艇、飞机、直升机等。它们靠空气的静浮力或空气相对运动产生的空气动力升空飞行。飞行器不仅广泛应用于军事，在民用领域的作用也在增加，机载GPS和MEMS(Micro- Electro-Mechanical Systems)惯性传感器的飞行器甚至可以在没有人为控制的室外环