无人机升力的来源

飞机飞行过程中,机翼上产生的升力是飞机升力的主要来源。当空气流过一个迎角为零、完全对称的机翼表面时,由于受到翼型曲线的抬升作用,流道变窄,在伯努利原理的作用下空气被迫加速,压力变小,在流速达到最大的点,其压力达到最低。由于机翼是对称的,所以机翼上下表面速度和压力特性是完全相同的,这种状态下机翼不会产生升力。

如果对称机翼相对来流旋转了一个迎角,驻点会稍稍向前缘的下表面移动,并且上下表面的空气流动也发生了改变,流经上表面的空气被迫多走了一段距离,流动的最高速度因此高于下表面。根据伯努利定律,机翼下表面的压力就比上表面的压力大,升力由此产生。

18世纪,科学家伯努利统合了影响升力的飞行器尺寸或面积、飞行速度、空气密度以及升力系数CL等因素,给出升力的标准公式,可以表示为:

ρ:相对来流的空气密度;
  空气密度无法控制,但会受高海拔、高温、湿度等的影响。
v:相对来流的空气速度;
  飞行速度 v 是以平方的形式出现的,因此 v 的小幅增加会导致升力的大幅增加。
S:空气流过的翼展面积;
  增加机翼面积S会增加升力,同时也会增加飞行器重量。
CL:飞行器的升力系数。
  增大机翼迎角能够获得更大的CL,在实际飞行中,这是增加升力最直接的方式。

升力系数CL

除了机翼能够产生升力外,飞行器的机身和其他相似外形的部件也能产生一些微小的升力,大小取决于它们的外形和迎角。通常,机体对升力的贡献几乎是可以忽略的,然而,机身上的一些力却影响着飞行器的稳定性。

空气动力学家将所有的非常复杂的机翼外形和配平等因素汇总简化成一个系数,这就是升力系数,这个系数可以说明一个飞行器或其任意部件产生升力的情况。例如:一个部件升力系数CL=1.3,表明它比CL=1.0或CL=0.6产生更大的升力,而CL=0时则表明没有升力产生。

改变飞机升力系数CL的最直接最有效方式就是改变机翼的迎角的大小,实际飞行中,当飞机需要进行机动动作时,大多都是采用改变活动翼面的方式来改变力的大小。

一个稳定飞行的飞行器,必须满足的条件是升力和重力平衡,即:总升力 = 总重力 或 L = Wg

一架飞行器在飞行过程中重量变化通常很小(燃油消耗),那么飞行器上的升力在稳定飞行过程中也可视为保持不变,因此当速度v改变时,CL要随之调整,以保持总的升力不变,机翼面积S通常不会发生大的改变。

例如:当飞机飞行速度降低时,就应该适当增大迎角以增大升力系数;速度增大时,应相应减小迎角,减小升力系数。