無人機綜合知識簡介

無人機綜合知識簡介1、無人機(UAV)的概念無人機（UnmannedAerialVehicle）就是利用無線遙控或程序控制來執(zhí)行特定航空任務(wù)的飛行器，指不搭載操作人員的一種動力空中飛行器，采用空氣動力為飛行器提供所需的升力，能夠自動飛行或遠程引導(dǎo)；既能一次性使用也能進行回收；能夠攜帶致命性和非致命性有效負(fù)載。2、無人機系統(tǒng)的一般組成無人機系統(tǒng)包括地面系統(tǒng)、飛機系統(tǒng)、任務(wù)載荷和無人機使用保障人員。如下圖：3、無人機的一般分類按用途分：無人偵察機、電子戰(zhàn)無人機、靶機、反輻射無人機、對地攻擊無人機、通信中繼無人機、火炮較射無人機、特種無人機、誘餌無人機。按飛行方式分：固定翼無人機、旋翼無人機、撲翼無人機、飛艇。4、無人機的飛行控制無人機上沒有駕駛員，所以無人機和飛行靠“遙控”或“自控飛行”。（1）遙控飛行遙控即對被控對象繼續(xù)遠距離控制，主要無線電遙控。遙控信號：遙控站通過發(fā)射機向無人機發(fā)送無線電波，傳遞指令，無人機上的接收機接收并譯出指令的內(nèi)容，通過自動駕駛儀按指令操縱舵面，或通過其他接口操縱機上的任務(wù)載荷。遙控站設(shè)有搜索和跟蹤雷達，他們測量無人機在任意時刻相對地面的方位角、俯仰角、距離和高度等參數(shù)，并把這些參數(shù)輸入到計算機，計算后就能繪出無人機的實際航跡，與預(yù)定航線比較，就能求出偏差，然后發(fā)送指令進行修正。此外，無人機還裝備有無線電應(yīng)答器，也叫信標(biāo)機。它能在收到雷達的詢問信號后，發(fā)回一個信號給雷達。由于信標(biāo)機發(fā)射的信號比無人機發(fā)射的雷達信號要強得多，起到增加跟蹤雷達的探測距離。下傳信號：遙控指令只包含航跡修正信號是顯然不夠的，在飛行中無人機會受到各種因素的影響，無人機的飛行姿態(tài)也在不斷變化，所以指令還需要包括對飛行姿態(tài)的修正內(nèi)容。無人機上的傳感器一直在收集自身的姿態(tài)信息，這些信息通過下傳信號送到遙測終端，遙測終端分析這些信息后就能給出飛行姿態(tài)的遙控修正指令。遙控飛行的利弊：利：有利于簡化無人機的設(shè)計，降低制造成本，提高戰(zhàn)術(shù)使用的靈活性。弊：受無線電作用距離的限制，限制通訊距離通常只可達到320KM~480KM；容易受到電子干擾。自控飛行：自控飛行不依賴地面控制，一切動作都自動完成的飛行。為此，機上需要有一套裝置來保證飛行航向和飛行姿態(tài)的正確，這套裝置就是導(dǎo)航裝置。通常的導(dǎo)航裝置有：1.慣性導(dǎo)航在機載設(shè)備上，它一般簡稱慣導(dǎo)。慣性導(dǎo)航是以牛頓力學(xué)為基礎(chǔ)，依靠安裝在載體內(nèi)部的加速度計測量載體在三個軸向的加速度，經(jīng)積分運算后得到載體的瞬時速度和位置，以及測量載體的姿態(tài)的一種導(dǎo)航方式。慣性導(dǎo)航完全依賴機載設(shè)備自主完成導(dǎo)航任務(wù)，工作時不依賴外界信息，也不向外界輻射能量，不易受到干擾，不受氣象條件限制。慣導(dǎo)系統(tǒng)是一種航位推算系統(tǒng)。只要給出載體的初始位置及速度，系統(tǒng)就可以實時地推算出載體的位置速度及姿態(tài)信息，自主地進行導(dǎo)航。純慣導(dǎo)系統(tǒng)會隨著飛行航時的增加，因積分積累而產(chǎn)生較大的誤差，導(dǎo)致定位精度隨時間增長而呈發(fā)散趨勢，所以慣導(dǎo)一般與其他導(dǎo)航系統(tǒng)一起工作來提高定位精度。2.衛(wèi)星導(dǎo)航全球定位系統(tǒng)（GPS）由美國建立的一套定位系統(tǒng)，可以提供全球任意一點的三維空間位置、速度和時間，具有全球性、全天候、連續(xù)的精密導(dǎo)航系統(tǒng)。全球衛(wèi)星導(dǎo)航分為三部分，包括空間衛(wèi)星部分、地面監(jiān)控、衛(wèi)星接收機部分。在飛機上安裝衛(wèi)星接收機就能得到自身的位置信息和精確到納秒級的時間信息?，F(xiàn)在全球在使用的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)還有：俄羅斯的glonass,歐洲的伽利略系統(tǒng)，還有中國正在建立的北斗系統(tǒng)。3.多普勒導(dǎo)航多普勒導(dǎo)航是飛行器常用的一種自主導(dǎo)航系統(tǒng)，它的工作原理是多普勒效應(yīng)。多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)由磁羅盤或陀螺儀、多普勒雷達和導(dǎo)航計算機組成。磁羅盤或陀螺儀類似指北針，用于測出無人機的航向角，多普勒雷達不停沿著某個方向向地面發(fā)射電磁波，測出無人機相對地面的飛行速度以及偏流角。根據(jù)多普勒雷達提供的地速和偏流角數(shù)據(jù)，以及磁羅盤或陀螺儀提供的航向數(shù)據(jù)，導(dǎo)航計算機就可以不停地計算出無人機飛過的路線。多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)能用于各種氣象條件和地形條件，但由于測量的積累誤差，系統(tǒng)會隨著飛行的距離增加而使誤差加大，所以一般用于組合導(dǎo)航中。4.組合導(dǎo)航組合導(dǎo)航是指組合使用兩種或兩種以上的導(dǎo)航系統(tǒng)，達到取長補短，提高導(dǎo)航性能。目前飛行器上實際使用的導(dǎo)航系統(tǒng)各基本上都是組合導(dǎo)航系統(tǒng)，如GPS/慣性導(dǎo)航、多普勒/慣性導(dǎo)航等，其中應(yīng)用最廣的是GPS/慣性導(dǎo)航組合導(dǎo)航系統(tǒng)。5.地形輔助導(dǎo)航地形輔助導(dǎo)航是指飛行器在飛行過程中，利用預(yù)先存儲的飛行路線中某些地區(qū)的特征數(shù)無人機采用降落傘懸吊回收。這種方式適合小型無人機，對于大型無人機，由于傘降回收的可靠性不高，操縱困難，損失率高。3.空中回收使用大飛機在空中回收無人機的方式目前只有美國采用。采用這種回收方式，在大飛機上必須有空中回收系統(tǒng)。無人機除了有阻力傘和主傘外，還需有鉤掛傘與吊索和可旋轉(zhuǎn)的脫落機構(gòu)。大飛機用掛鉤掛住無人機的鉤掛傘和吊索，用絞盤絞起無人機，空中懸掛運走。這種回收方式不會損傷無人機，但每次回收都要出動大飛機，費用高，對大飛機飛行員的駕駛技術(shù)要求高。4.攔截網(wǎng)回收用攔截網(wǎng)系統(tǒng)回收無人機是目前世界小型無人機普遍采用的回收方式之一。攔截網(wǎng)系統(tǒng)通常由攔截網(wǎng)、能量吸收裝置和自動引導(dǎo)設(shè)備組成。能量吸收裝置與攔截網(wǎng)相連，其作用是吸收無人機撞網(wǎng)的能量，避免無人機觸網(wǎng)后在網(wǎng)上彈跳不停受損。自動引導(dǎo)設(shè)備一般是一部置于網(wǎng)后的電視攝像機，或是裝在攔截網(wǎng)架上的紅外接收機，由它們及時向地面站報告無人機返航路線偏差。5.氣墊著陸無人機機腹四周裝上“橡膠裙邊”，中間有一個帶孔的氣囊。發(fā)動機把空氣壓入氣囊，壓縮空氣從氣囊孔噴出，在機腹下形成高壓空氣區(qū)—氣墊。氣墊著陸最大的優(yōu)點是：無人機能在未經(jīng)平整的地面、泥地、冰雪地或水上著陸，不受地形條件限制。其次大小無人機都可以使用，回收率高。6、無人機飛行平臺無人機的飛行平臺主要由六大部分組成：機身、機翼、尾翼、起落裝置、飛行自動控制系統(tǒng)和動力系統(tǒng)。1.機身機身主要用來裝載發(fā)動機、燃油、任務(wù)設(shè)備、電源、控制操縱系統(tǒng)等，并通過它將機翼、尾翼、起落架等部件連成一個整體。2.機翼機翼是飛行器用來產(chǎn)生升力的主要部件。固定翼無人機的機翼有平直翼、后掠翼、三角翼等。下圖是一些常見的機翼：平直翼比較適用于低速飛行器，后掠翼和三角翼比較適合高速飛行器。機翼上一般還有副翼，用于控制飛機的傾斜，但左右副翼偏轉(zhuǎn)方向不同時，就會產(chǎn)生滾裝力矩，是飛行器產(chǎn)生傾斜運動。3.尾翼尾翼分垂直尾翼和水平尾翼兩部分。對于一些結(jié)構(gòu)比較特殊的無人機來說，可能會不設(shè)垂直尾翼或水平尾翼。垂直尾翼：垂直安裝在機身尾部，主要功能為保持機體的方向平衡和操縱。通常垂直尾翼后緣有用于操縱方向的方向舵。水平尾翼：水平安裝在機身尾部，主要功能為了保持俯仰平衡和俯仰操縱。4.起落裝置起落裝置的功用是使無人機在地面或水面進行起飛、著陸、滑行和停放。起落裝置對于無人機來說是形式最多樣的一部分，這是因為無人機有多種發(fā)射/回收方式。大型無人機的起落裝置包含起落架和改善起落性能的裝置兩部分，起飛后起落架收起，減少飛行阻力；多數(shù)無人機的起落架很簡單，飛行時也不收起；對于采用彈射、攔阻網(wǎng)等方式進行發(fā)射/回收的小型無人機就不需要起落架；對于采用手?jǐn)S發(fā)射的小型無人機，就沒有起落裝置；傘降回收的無人機著陸裝置可以說就是降落傘。5.飛行自動控制系統(tǒng)飛行自動控制系統(tǒng)包括控制指令自動形成裝置和傳輸操縱裝置。指令自動形成裝置包括自動駕駛儀和相關(guān)的傳感器、導(dǎo)