第1章 無人機概述與發展

1.1 無人機概念

1.1.1 無人機的定義

1.1.2 無人機的特點

1.1.3 無人機的分類

1.2 無人機的發展歷程和趨勢

1.3 無人機的應用現狀

1.3.1 軍用無人機

1.3.2 民用無人機

1.4 無人機的任務載荷

習 題

第2章 氣像條件

2.1 大氣與標準大氣

2.1.1 大 氣

2.1.2 標準大氣

2.2 風、雨、雪、雷電天氣

2.2.1 風

2.2.2 雨

2.2.3 雪

2.2.4 雷 電

2.3 大氣湍流與風切變

2.3.1 大氣湍流

2.3.2 風切變

2.4 無人機飛行大氣環境

習 題

第3章 空氣動力學原理

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 低速機翼繞流

3.5 氣動中心與壓力中心

3.5.1 氣動中心

3.5.2 壓力中心

3.5.3 氣動中心與壓力中心的關繫

習 題

第4章 典型翼型及其空氣動力

4.1 翼型特征

4.1.1 翼型幾何參數

4.1.2 翼型的發展

4.2 常規翼型

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

4.7 雷諾數對低速翼型繞流氣動力的影響

習 題

第5章 機翼及其氣動力

5.1 機翼的平面形狀特征

5.2 不同飛機的機翼平面形狀

5.2.1 美國隱身無人機X-47B 

5.2.2 美國“捕食者”無人機MQ-1 

5.2.3 美國“全球鷹”無人機

5.2.4 協和號

5.2.5 殲10

5.2.6 美國F-22 

5.3 機翼的幾何參數

5.4 機翼的空氣動力

5.4.1 機翼的空氣動力繫數

5.4.2 升力線理論

5.4.3 機翼的阻力特性

5.5 機翼的力矩特性

5.6 機翼的極曲線

5.7 低速翼型及機翼失速特性

5.7.1 低速翼型失速特性

5.7.2 大展弦比直機翼失速特性

5.8 翼梢小翼

5.9 高升力裝置

習 題

第6章 機身與起落架

6.1 細長體機身

6.2 細長旋成體理論與應用

6.2.1 旋成體定義

6.2.2 細長旋成體的線化理論

6.3 飛機起落架

6.4 翼身組合體氣動特性工程估算方法

習 題

第7章 推進繫統

7.1 飛機發動機

7.2 螺旋槳推進繫統

7.3 螺旋槳幾何參數

7.3.1 螺旋槳直徑和半徑

7.3.2 槳葉數目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 螺旋槳的運動特性

7.4.1 螺旋槳的轉速

7.4.2 槳葉葉素速度多邊形

7.5 螺旋槳的空氣動力特性

7.5.1 槳葉葉素力多邊形

7.5.2 螺旋槳的效率

7.6 螺旋槳氣動設計

習 題

第8章 固定翼無人機氣動設計

8.1 微型和輕小型無人機氣動設計

8.1.1 微型無人機氣動設計特點

8.1.2 輕小型無人機氣動設計特點

8.2 大型無人機氣動設計

8.2.1 大型無人機氣動設計特點

8.2.2 固定翼無人機氣動設計特點

實踐練習

第9章 旋翼無人機氣動設計

9.1 無人直升機氣動設計特點

9.2 多旋翼無人機氣動設計特點

9.3 單旋翼直升機氣動設計特點

9.3.1 旋翼的布置

9.3.2 尾槳的布局以及參數

實踐練習

第10章 特殊混合布局無人機氣動設計

10.1 鴨式旋翼/機翼無人機氣動設計特點

10.2 傾轉旋翼無人機氣動設計特點

實踐練習

參考文獻

無人機是無人駕駛飛行器的簡稱，英文縮寫為UAV(Unmanned Aerial Vehicle)，是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的無人飛行器。無人機按照總體氣動布局可分為無人直升機、無人固定翼機、無人多旋翼飛行器、無人飛艇、無人傘翼機等。無人機繫統由飛機平臺、信息采集、地面控制等子繫統組成，具有用途廣泛、成本低廉、效費比高、無人員傷亡風險、生存能力強、機動性能好、使用方便等優點。無人機不僅在現代戰爭中占有極其重要的地位，而且在民用領域有更廣闊的應用前景。軍用無人機主要用於完成戰場偵察和監視、定位校射、毀傷評估、電子戰等;民用無人機可用於邊境巡邏、核輻射探測、航空攝影、航空探礦、災情監視、交通巡邏、治安監控等。無人機可實現高分辨率影像的采集，既可彌補衛星遙感常因雲層遮擋獲取不到影像的缺點，又可解決傳統衛星遙感重訪周期過長、應急不及時等問題。

編寫本書的目的在於幫助初期學習無人機氣動設計的同學掌握飛機氣動設計的相關知識，了解模型飛機、無人機等小型飛機的氣動設計原則。

本書的特點是敘述簡單、概念清晰、圖文並茂、便於實踐。書中主要通過配圖、舉例等方式進行闡述，語言生動有趣，內容淺顯易懂。同時，書中所涉及的原理以及公式推導都不難，並配有章節後的習題以及實驗操作，便於讀者快速理解和掌握。

現代無人機總體氣動設計不僅要設計無人機的氣動外形，還涉及無人機的結構布置與設計、動力繫統、任務載荷、可靠性等多個專業方向的耦合，需要協調、優化以實現整個無人機繫統的優化布置和氣動設計方案。本書作為一門技術性基礎教材，從空氣動力學原理出發，分10章介紹相關知識:

第1章是無人機概述與發展，介紹無人機的概念、應用範圍以及發展歷程。

第2章是氣像條件。由於飛機的氣動設計與氣像條件息息相關，因此本章簡單介紹氣像條件的相關知識。

第3章是空氣動力學原理。這是空氣動力學的基礎知識，包括飛機氣動設計的基礎原則。

第4章是典型翼型及其空氣動力。翼型是機翼的剖面，本章主要介紹翼型的幾何參數的選取以及不同翼型的氣動特性。

第5章是機翼及其氣動力。機翼是飛機產生升力的重要部件，本章主要介紹不同外形的機翼的氣動特性。

第6章是機身與起落架，主要介紹機身以及起落架的設計原則。

第7章是推進繫統。飛機發動機是為飛機提供動力的裝置，而螺旋槳是發動機重要的部件。本章主要介紹螺旋槳的設計原則。

第8~10章分別介紹固定翼無人機、旋翼無人機以及特殊混合布局無人機的氣動設計原則，並提供相應的實踐練習，幫助初學者掌握無人機氣動設計原則。

由於篇幅和學時所限，本書取材相對簡單，主要介紹概念和工程應用。因作者纔疏學淺，精力有限，疏漏之處懇請專家同仁批評指正，萬分感激。

作 者

於北京航空航天大學

2020年4月