无人机空速、地速与风速
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发布时间: 2025-06-05 11:15

空速、地速与风速:

空速是无人机相对于空气的运动速度,地速是无人机相对于地面运动速度的水平分量,风速则是空速相对于地面的运动速度。空速是影响无人机气动力和飞行安全的核心参数,因此在飞行全程,重点监控空速而非地速;在与地面相对运动相关的场景下可关注地速,如滑跑起降、根据距离和地速计算飞行时间等;而风速则对无人机的起降、飞行稳定性、航迹控制等有重要意义。

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空速的测量:

小于0.3马赫的低速无人机是通过测量无人机相对气流的压力来间接测量空速的,使用到空速管、皮托管和动静压传感器来测量和计算空速。空速管由一个正对迎面气流开孔的内管和一个侧面有若干个圆型小孔的外管组成,内管称为总压管,外管称为静压管,对应的开孔分别称为总压孔和静压孔。总压管和静压管分别连接一个皮托管至动静压传感器上,动静压传感器上实际测量的压力为总压和静压,根据伯努利方程,就可得到动压=总压-静压。再根据动压和空气密度的关系,即可得到空速。

地速的测量:

现阶段大多数无人机通常搭载高精度GNSS接收机,通过GPS卫星、北斗卫星等卫星信号直接解算地速,实时性强,也无需复杂计算,有些无人机则进行GNSS/惯导/视觉等多传感器融合,增强地速测量的可靠性。针对非合作目标的无人机,则大多通过多普勒雷达的方式对地速进行测量。

指示空速、校准空速、当量空速和真空速:

指示空速也称为表速,它忽略了空气密度的变化,采用15°C、1013 hPa下的海平面标准大气密度(1.225kg/m3),通过动压和标准大气密度计算出指示空速,指示空速没有实际的物理含义,但指示空速可直接转化成动压,动压则是表征无人机气动力的关键参数,有经验的飞手可通过指示空速或动压来判断飞行状态,例如,计算无人机在海平面标准大气密度下的失速速度,不论无人机在任何飞行高度,通过判断指示空速则可以直接判断无人机是否失速,无需再进行不同飞行高度下失速速度的计算和真空速的转换,因此可通过指示空速反映飞行安全。

校准空速是指示空速经过修正仪表误差、位置误差等的空速,它也是海平面标准大气密度(1.225kg/m3)下的空速,空速受攻角、襟翼位置、地面效应等气流扰动,因此对指示空速进行校准后得到校准空速,消除了传感器安装位置、机械结构偏差等导致的测量误差。

当量空速是考虑空气的可压缩性影响的空速,表示在标准海平面条件下产生与实际飞行高度相同动压的空速,无人机高速或高海拔飞行时,空气可压缩性导致空速表读数偏高,即当量空速显著小于指示空速。当量空速反映了无人机所受气动载荷的强度,是结构强度、高速气动性能等方面的重要参数,这对于速度大于0.3马赫或者飞行高度大于6千米的高空高速无人机有非常重要的参考价值。

真空速是考虑空气密度影响后的空速,它具有真实的物理含义,表征无人机相对空气的真实运动速度。巡航速度、失速速度等表示飞机相对空气的相对速度均指的是真空速,这些速度指标会跟随飞行高度或者大气密度变化,在高空飞行时,真空速显著大于指示空速,大多数无人机的速度指标,如巡航速度、最大飞行速度均指的是在其典型巡航高度上的真空速。同时,真空速也是高速无人机计算马赫数的重要参数。

地速=真空速+风速

顺风时,地速大于真空速;逆风时,地速小于真空速。相同航程时,顺风的飞行时间则小于逆风的飞行时间。滑跑起降时,逆风的滑跑距离则小于顺风的滑跑距离,通常选择逆风起降。