本書為無人機(jī)總體氣動(dòng)設(shè)計(jì)專業(yè)教材，主要介紹了無人機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)以及氣動(dòng)設(shè)計(jì)原則。本書的特點(diǎn)是敘述簡(jiǎn)單、概念清晰、圖文并茂、便于實(shí)踐。書中主要通過配圖、舉例等方式進(jìn)行闡述，語言生動(dòng)有趣，知識(shí)內(nèi)容淺顯易懂。同時(shí)，書中所涉及的原理以及公式推導(dǎo)都不難，還有章節(jié)后的習(xí)題以及實(shí)驗(yàn)操作，便于讀者快速理解和掌握。
本書適合航空相關(guān)專業(yè)的本科生學(xué)習(xí)或具有一定基礎(chǔ)的無人機(jī)相關(guān)行業(yè)讀者參考。
無人機(jī)是無人駕駛飛行器的簡(jiǎn)稱，英文縮寫為UAV(Unmanned Aerial Vehicle)，是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的無人飛行器。無人機(jī)按照總體氣動(dòng)布局可分為無人直升機(jī)、無人固定翼機(jī)、無人多旋翼飛行器、無人飛艇、無人傘翼機(jī)等。無人機(jī)系統(tǒng)由飛機(jī)平臺(tái)、信息采集、地面控制等子系統(tǒng)組成，具有用途廣泛、成本低廉、效費(fèi)比高、無人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)、生存能力強(qiáng)、機(jī)動(dòng)性能好、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。無人機(jī)不僅在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中占有極其重要的地位，而且在民用領(lǐng)域有更廣闊的應(yīng)用前景。軍用無人機(jī)主要用于完成戰(zhàn)場(chǎng)偵察和監(jiān)視、定位校射、毀傷評(píng)估、電子戰(zhàn)等;民用無人機(jī)可用于邊境巡邏、核輻射探測(cè)、航空攝影、航空探礦、災(zāi)情監(jiān)視、交通巡邏、治安監(jiān)控等。無人機(jī)可實(shí)現(xiàn)高分辨率影像的采集，既可彌補(bǔ)衛(wèi)星遙感常因云層遮擋獲取不到影像的缺點(diǎn)，又可解決傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感重訪周期過長(zhǎng)、應(yīng)急不及時(shí)等問題。
編寫本書的目的在于幫助初期學(xué)習(xí)無人機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)的同學(xué)掌握飛機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)，了解模型飛機(jī)、無人機(jī)等小型飛機(jī)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)原則。
本書的特點(diǎn)是敘述簡(jiǎn)單、概念清晰、圖文并茂、便于實(shí)踐。書中主要通過配圖、舉例等方式進(jìn)行闡述，語言生動(dòng)有趣，內(nèi)容淺顯易懂。同時(shí)，書中所涉及的原理以及公式推導(dǎo)都不難，并配有章節(jié)后的習(xí)題以及實(shí)驗(yàn)操作，便于讀者快速理解和掌握。
現(xiàn)代無人機(jī)總體氣動(dòng)設(shè)計(jì)不僅要設(shè)計(jì)無人機(jī)的氣動(dòng)外形，還涉及無人機(jī)的結(jié)構(gòu)布置與設(shè)計(jì)、動(dòng)力系統(tǒng)、任務(wù)載荷、可靠性等多個(gè)專業(yè)方向的耦合，需要協(xié)調(diào)、優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)整個(gè)無人機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)化布置和氣動(dòng)設(shè)計(jì)方案。本書作為一門技術(shù)性基礎(chǔ)教材，從空氣動(dòng)力學(xué)原理出發(fā)，分10章介紹相關(guān)知識(shí):
第1章是無人機(jī)概述與發(fā)展，介紹無人機(jī)的概念、應(yīng)用范圍以及發(fā)展歷程。
第2章是氣象條件。由于飛機(jī)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)與氣象條件息息相關(guān)，因此本章簡(jiǎn)單介紹氣象條件的相關(guān)知識(shí)。
第3章是空氣動(dòng)力學(xué)原理。這是空氣動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，包括飛機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)原則。
第4章是典型翼型及其空氣動(dòng)力。翼型是機(jī)翼的剖面，本章主要介紹翼型的幾何參數(shù)的選取以及不同翼型的氣動(dòng)特性。
第5章是機(jī)翼及其氣動(dòng)力。機(jī)翼是飛機(jī)產(chǎn)生升力的重要部件，本章主要介紹不同外形的機(jī)翼的氣動(dòng)特性。
第6章是機(jī)身與起落架，主要介紹機(jī)身以及起落架的設(shè)計(jì)原則。
第7章是推進(jìn)系統(tǒng)。飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)是為飛機(jī)提供動(dòng)力的裝置，而螺旋槳是發(fā)動(dòng)機(jī)最重要的部件。本章主要介紹螺旋槳的設(shè)計(jì)原則。
第8~10章分別介紹固定翼無人機(jī)、旋翼無人機(jī)以及特殊混合布局無人機(jī)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)原則，并提供相應(yīng)的實(shí)踐練習(xí)，幫助初學(xué)者掌握無人機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)原則。
由于篇幅和學(xué)時(shí)所限，本書取材相對(duì)簡(jiǎn)單，主要介紹概念和工程應(yīng)用。因作者才疏學(xué)淺，精力有限，疏漏之處懇請(qǐng)專家同仁批評(píng)指正，萬分感激。
作 者
于北京航空航天大學(xué)
2020年4月
第1章 無人機(jī)概述與發(fā)展
1.1 無人機(jī)概念
1.1.1 無人機(jī)的定義
1.1.2 無人機(jī)的特點(diǎn)
1.1.3 無人機(jī)的分類
1.2 無人機(jī)的發(fā)展歷程和趨勢(shì)
1.3 無人機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀
1.3.1 軍用無人機(jī)
1.3.2 民用無人機(jī)
1.4 無人機(jī)的任務(wù)載荷
習(xí) 題
第2章 氣象條件
2.1 大氣與標(biāo)準(zhǔn)大氣
2.1.1 大 氣
2.1.2 標(biāo)準(zhǔn)大氣
2.2 風(fēng)、雨、雪、雷電天氣
2.2.1 風(fēng)
2.2.2 雨
2.2.3 雪
2.2.4 雷 電
2.3 大氣湍流與風(fēng)切變
2.3.1 大氣湍流
2.3.2 風(fēng)切變
2.4 無人機(jī)飛行大氣環(huán)境
習(xí) 題
第3章 空氣動(dòng)力學(xué)原理
3.1 空氣的物理屬性
3.2 伯努利方程
3.3 低速翼型繞流
3.4 低速機(jī)翼繞流
3.5 氣動(dòng)中心與壓力中心
3.5.1 氣動(dòng)中心
3.5.2 壓力中心
3.5.3 氣動(dòng)中心與壓力中心的關(guān)系
習(xí) 題
第4章 典型翼型及其空氣動(dòng)力
4.1 翼型特征
4.1.1 翼型幾何參數(shù)
4.1.2 翼型的發(fā)展
4.2 常規(guī)翼型
4.3 超臨界翼型
4.4 超聲速翼型
4.5 低速薄翼型
4.6 翼型選擇原則與常用翼型
4.6.1 翼型選擇原則
4.6.2 常用翼型幾何參數(shù)
4.7 雷諾數(shù)對(duì)低速翼型繞流氣動(dòng)力的影響
習(xí) 題
第5章 機(jī)翼及其氣動(dòng)力
5.1 機(jī)翼的平面形狀特征
5.2 不同飛機(jī)的機(jī)翼平面形狀
5.2.1 美國隱身無人機(jī)X-47B
5.2.2 美國“捕食者”無人機(jī)MQ-1
5.2.3 美國“全球鷹”無人機(jī)
5.2.4 協(xié)和號(hào)
5.2.5 殲10
5.2.6 美國F-22
5.3 機(jī)翼的幾何參數(shù)
5.4 機(jī)翼的空氣動(dòng)力
5.4.1 機(jī)翼的空氣動(dòng)力系數(shù)
5.4.2 升力線理論
5.4.3 機(jī)翼的阻力特性
5.5 機(jī)翼的力矩特性
5.6 機(jī)翼的極曲線
5.7 低速翼型及機(jī)翼失速特性
5.7.1 低速翼型失速特性
5.7.2 大展弦比直機(jī)翼失速特性
5.8 翼梢小翼
5.9 高升力裝置
習(xí) 題
第6章 機(jī)身與起落架
6.1 細(xì)長(zhǎng)體機(jī)身
6.2 細(xì)長(zhǎng)旋成體理論與應(yīng)用
6.2.1 旋成體定義
6.2.2 細(xì)長(zhǎng)旋成體的線化理論
6.3 飛機(jī)起落架
6.4 翼身組合體氣動(dòng)特性工程估算方法
習(xí) 題
第7章 推進(jìn)系統(tǒng)
7.1 飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)
7.2 螺旋槳推進(jìn)系統(tǒng)
7.3 螺旋槳幾何參數(shù)
7.3.1 螺旋槳直徑和半徑
7.3.2 槳葉數(shù)目NB
7.3.3 槳葉的葉素
7.3.4 槳葉寬度b與槳葉平面形狀
7.3.5 槳葉厚度C分布
7.3.6 螺距與安裝角(槳距)
7.3.7 高速螺旋槳葉素與激波失速形成
7.4 螺旋槳的運(yùn)動(dòng)特性
7.4.1 螺旋槳的轉(zhuǎn)速
7.4.2 槳葉葉素速度多邊形
7.5 螺旋槳的空氣動(dòng)力特性
7.5.1 槳葉葉素力多邊形
7.5.2 螺旋槳的效率
7.6 螺旋槳?dú)鈩?dòng)設(shè)計(jì)
習(xí) 題
第8章 固定翼無人機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)
8.1 微型和輕小型無人機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)
8.1.1 微型無人機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)
8.1.2 輕小型無人機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)
8.2 大型無人機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)
8.2.1 大型無人機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)
8.2.2 固定翼無人機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)
實(shí)踐練習(xí)
第9章 旋翼無人機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)
9.1 無人直升機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)
9.2 多旋翼無人機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)
9.3 單旋翼直升機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)
9.3.1 旋翼的布置
9.3.2 尾槳的布局以及參數(shù)
實(shí)踐練習(xí)
第10章 特殊混合布局無人機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)
10.1 鴨式旋翼/機(jī)翼無人機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)
10.2 傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)
實(shí)踐練習(xí)
參考文獻(xiàn)
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