无人机空气动力学基础（第一节）

       一、速度与加速度
       速度（用v表示）在标准公式中量纲用的是米/秒而不是千米/小时。
       要打破平衡，改变速度大小或飞行方向，需要力的变化来引起相应的加速度的变化。
       牛顿第二运动定律表明，要获得给定加速度，所施加的力的大小取决于无人机的质量。质量与重量不是一回事儿，尽管在平常的语言中，这两个词经常是指同一件事。重量是由质量而来的。如果一架无人机由火箭带到火星上，在当地大气条件下测试的话，那么在大部分时间的旅程中，它是没有重量的，并且到达火星后重量也会比在地球上要轻，这是由于火星较低的重力加速度所造成的。但是质量在整个过程中是不会变化的，因为无人机中的材料，如木头，金属，塑料等的数量是一样的。
       一个具有很大质量的物体需要用更大的力去打破它的平衡才能达到给定的加速度，而小质量的物体所需的力则小。这样一种性质有时是个优点，比如，无人机受突风影响的时候，一个小质量的无人机在收到突风影响的时候可能会翻滚，而大质量的无人机可能只有微小的方向变化。但是大质量也需要较大的力使其从静止加速到飞行速度，再从平飞改变为爬升，同时保持转弯，还要较大的力将无人机重新回到静止状态。无论什么时候由外力打破平衡，比如加速或减速，或者方向的变化，称为惯性的物体的质量都会阻止这种变化。
 

       二、牛顿三大运动定律
       所有的空气动力学理论都建立在运动定律之上。这些最初由牛顿创立的理论至今在工程领域的地位任然不可动摇，前提是只要所讨论的物体的速度远小于光速，并且所研究的固体和流体的密度和尺寸在通常的范围内。量子力学和相对论，虽然在高能物理和天文学中比牛顿力学更受青睐，但是对于理解无人机空气动力学来说完全没有必要掌握。
       牛顿第三运动定律表明作用力和反作用力是大小相当方向相反的。当一个飞行器静止在地面上时，他的重力方向向下，与由地面施加的大小相等方向相反的反作用力恰好构成平衡。一辆小轿车以恒定的速度运动是同样受到重力和地面反作用力的作用，但是还有一个牵引力使得汽车运动。这个里的反作用力是由地面的摩擦力和空气阻力提供的。
       任何不平衡的力都会产生加速度。一个在地面上的无人机，起飞前可能被拉住，但发动机式开着的。发动机的推力与拉力方向相反，大小相等，所以平衡。一旦放开，无人机就开始加速。它一开始运动，空气阻力和地面摩擦力也就随之而来，而且无人机速度越快，这些阻力也就越大。只要总的阻力小于推力，无人机会一直加速。当两者大小相等时，无人机达到某个速度飞行，此时又重新达到了平衡。
       在水平飞行中，垂直向下的重力由一个垂直向上的反作用力平衡着。在一般的飞行器中，这个反作用力来自于机翼和可能的其他表面，但是也有可能以其他形式的历来提供。直升机靠它的旋翼支撑，悬停的“鹞”式飞机靠推力来支持。如果向上的反作用力比重力小，飞行器就会向下加速。要停止这个加速运动，就必须重新产生反作用力来平衡重力。这可以带来平衡但是不会阻止下降。要做到不再下降就必须施加更大的力使其减速。所有的加速或减速都会由飞行器的质量来反抗，也就是惯性。







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