無人機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設(shè)計 課件全套 第1-13課時 無人機系統(tǒng)的機體結(jié)構(gòu)- 無人機的電動動力裝置

第一課時無人機系統(tǒng)的機體結(jié)構(gòu)目錄/CONTENTS§2無人機機體功能§3無人機機體材料§1無人機系統(tǒng)的組成翼龍無人機宣傳視頻§1無人機系統(tǒng)的組成無人機系統(tǒng)的組成無人機無人駕駛飛行器（UnmannedAerialVehicle，UAV）的簡稱主要利用無線電設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的飛行器無人機系統(tǒng)的組成無人機組成：飛機機體、飛控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)、發(fā)射回收系統(tǒng)、電源系統(tǒng)等§2無人機機體功能無人機機體功能固定翼航空器平臺定義：由動力裝置產(chǎn)生前進的推力或拉力，由機體上固定的機翼產(chǎn)生升力，在大氣層內(nèi)飛行的重于空氣的航空器結(jié)構(gòu)：機翼、機身、尾翼和起落架等控制舵面：副翼、升降舵、方向舵、襟翼等無人機機體功能固定翼航空器平臺通過伺服機構(gòu)改變各控制舵面位置及動力裝置輸出量，產(chǎn)生相應(yīng)的控制力，使飛行器改變高度速度并進行轉(zhuǎn)彎、爬升、俯沖、橫滾、筋斗等機動固定翼平臺結(jié)構(gòu)無人機機體功能固定翼航空器平臺機體機身、機翼、尾翼機身裝載飛行控制系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)及任務(wù)系統(tǒng)等機載設(shè)備，形成完整的飛行平臺無人機機體功能固定翼航空器平臺機翼維持飛機穩(wěn)定性和操縱性中扮演重要角色可操縱翼面：副翼、襟翼、前緣襟翼、前緣縫翼用于安裝發(fā)動機、起落架及其輪艙、油箱無人機機體功能固定翼航空器平臺副翼：機翼后緣外側(cè)的活動部分，左右機翼對稱安裝，通過舵機控制，可上下偏轉(zhuǎn)襟翼：機翼后緣內(nèi)側(cè)，一種增升裝置，改善飛機的起降性能固定翼機尾結(jié)構(gòu)無人機機體功能固定翼航空器平臺尾翼：包括水平尾翼和垂直尾翼，控制飛機的俯仰和方向平衡，減輕飛機重量，提高氣動性能固定翼機尾結(jié)構(gòu)無人機機體功能固定翼航空器平臺起落裝置功能：支持飛機在地面停放，用于飛機的起飛和降落最常用的起降裝置：起落架根據(jù)起落架的不同安裝方式分類：前三點、后三點、滑橇式無人機機體功能固定翼航空器平臺航空發(fā)動機飛機動力裝置的核心功能：1.克服與空氣相對運動使飛機前進2.為飛機上的用電設(shè)備提供電力，為用氣設(shè)備提供氣源無人機機體功能旋翼航空器平臺旋翼平臺：旋翼航空器平臺（Rotarywingaircraft）一種重于空氣的航空器，飛行升力由一個或多個旋翼與空氣進行相對運動的反作用獲得與固定翼航空器為相對的關(guān)系現(xiàn)代旋翼航空器通常包括：直升機、旋翼機、變模態(tài)旋翼機無人機機體功能旋翼航空器平臺直升機由一個或多個水平旋轉(zhuǎn)的旋翼提供升力和推進力進行飛行的航空器優(yōu)點：構(gòu)造簡單、價格低廉、不需要發(fā)射系統(tǒng)、可垂直起降與自由懸停、飛行靈活無人機機體功能旋翼航空器平臺直升機升力來自“旋翼”，依靠自身旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生與空氣的相對運動在旋翼提供升力同時，機身產(chǎn)生反扭距而具有向反方向旋轉(zhuǎn)的趨勢克服反作用扭矩的方法：尾槳在機身尾部產(chǎn)生抵消反向運動的力矩?zé)o人機機體功能旋翼航空器平臺無人直升機按結(jié)構(gòu)形式分類：單旋翼帶尾槳式、共軸雙旋翼式、特異式單旋翼直升機：目前應(yīng)用最為廣泛的直升機，構(gòu)造簡單，技術(shù)成熟、維修方便、操縱靈便單旋翼帶尾槳式無人直升機無人機機體功能旋翼航空器平臺無人直升機共軸雙旋翼式的優(yōu)點：可省去尾槳及其傳動系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)較為緊湊共軸雙旋翼式無人直升機無人機機體功能旋翼航空器平臺四軸（多軸）飛行器結(jié)構(gòu)最簡單的飛行器，操控最簡單四旋翼無人機無人機機體功能旋翼航空器平臺四軸（多軸）飛行器機身大多數(shù)設(shè)備的安裝位置，多旋翼無人機的主體，也成為機架根據(jù)機臂個數(shù)分類：三旋翼、四旋翼、六旋翼、八旋翼、十六旋翼、十八旋翼、四軸八旋翼等為保證結(jié)構(gòu)強度和重量，一般采用碳纖維材質(zhì)無人機機體功能旋翼航空器平臺四軸（多軸）飛行器起落架多旋翼無人機唯一和地面接觸的部位作為整個機身在起飛和降落時候的緩沖，保護機載設(shè)備強度高，結(jié)構(gòu)牢固，和機身保持可靠的連接，能承受一定的沖力無人機機體功能旋翼航空器平臺四軸（多軸）飛行器云臺安裝、固定攝像機的支撐設(shè)備分類：固定云臺、電動云臺固定云臺：適用于監(jiān)視范圍不大的情況電動云臺：適用于對大范圍進行掃描監(jiān)視無人機機體功能旋翼航空器平臺自轉(zhuǎn)旋翼（簡稱旋翼機或自旋翼機）僅依靠前進時的相對氣流吹動旋翼自轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、安全性較好應(yīng)用：通用航空或運動類飛行自轉(zhuǎn)旋翼機無人機機體功能旋翼航空器平臺自轉(zhuǎn)旋翼基本組成：機身，動力系統(tǒng)，旋翼系統(tǒng)，尾翼、起落架機身：為其他部件提供安裝結(jié)構(gòu)動力系統(tǒng)：提供旋翼機向前飛行推力，飛行時和旋翼系統(tǒng)獨立無關(guān)無人機機體功能旋翼航空器平臺自轉(zhuǎn)旋翼旋翼系統(tǒng)：為自轉(zhuǎn)旋翼機提供必須的升力和控制能力尾翼：提供穩(wěn)定性和俯仰、偏航控制起落裝置：提供航空器起飛、著陸和地面停放使用，吸收著陸沖擊能量，減少沖擊載荷，改善滑行性能無人機機體功能旋翼航空器平臺自轉(zhuǎn)旋翼起落架兩個起落架主要起落架位于重心附近的機身兩側(cè)，起主要的支撐作用無人機機體功能旋翼航空器平臺自轉(zhuǎn)旋翼起落架一個起落架在機頭或機尾：1.若在機尾，則稱為后三點式，較適合在粗糙路面上進行2.若在機頭，則稱為前三點式，為大多數(shù)自轉(zhuǎn)旋翼機所采用，前輪可通過方向舵控制偏轉(zhuǎn)，以便地面滑行時靈活轉(zhuǎn)彎無人機機體功能旋翼航空器平臺自轉(zhuǎn)旋翼起落架輪式起落架：一般設(shè)有減震裝置，能吸收大部分著陸能量，可以在硬性路面進行滑行起飛和降落§3無人機機體材料無人機機體材料無人飛行器平臺根據(jù)使用領(lǐng)域及尺度大小，釆用不同的生產(chǎn)加工工藝與材料碳纖維無人機無人機機體材料塑膠模具注消費類多旋翼尺度較小、需要大批量生產(chǎn)且材料成本也得有效控制，多釆用塑膠模具注塑成型批產(chǎn)開模具前，使用CNC或3D打印方式，制造樣機以供測試和調(diào)整“精靈”無人機無人機機體材料纖板材CNC切割組裝多用于高端大型無人機中碳纖維復(fù)合材料具有輕質(zhì)、髙比強度比模量等特性，將碳纖維增強材料良好的力學(xué)性能和樹脂基體材料的特性有機的結(jié)合在一起無人機機體材料碳纖板材CNC切割組裝穿越機：使用碳纖板材、管材經(jīng)雕刻和切割，再機械組裝工作流程：使用2維或3維機械設(shè)計軟件設(shè)計使用CNC銑出機架及云臺的板材切割出支臂需要的管材，輔以部分通用的塑膠件用螺栓連接的方式組合在一起無人機機體材料碳纖板材CNC切割組裝多用于全重2~25kg之間的多旋翼零件組裝方便隨時修改設(shè)計和局部修復(fù)結(jié)構(gòu)碳纖板材無人機框架無人機機體材料復(fù)合材料模具基于對氣動和空機重量的要求，多用于大尺度的多旋翼飛行平臺，例如專用植保機、軍用靶標(biāo)多旋翼等可較方便的加工出具有復(fù)雜曲面并且重最輕、剛度好的機體結(jié)構(gòu)無人機機體材料復(fù)合材料模具對于大批量的生產(chǎn)，一般使用機床加工出金屬陰模對于中小批量的生產(chǎn)，先制作木制陽模復(fù)合材料無人機無人機機體材料新興技術(shù)3D打印、微細胞結(jié)構(gòu)一體成型等新技術(shù)都會在未來的多旋翼無人飛行器平臺的生產(chǎn)中占據(jù)越來越重要的地位3D打印機體無人機第二課時無人機的動力BU

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AVIATION目錄/CONTENTS§2活塞式發(fā)動機§3電動動力系統(tǒng)§1無人機動力系統(tǒng)的組成§1無人機動力系統(tǒng)的組成無人機動力系統(tǒng)的組成動力系統(tǒng)是航空器的發(fā)動機以及保證發(fā)動機正常工作所必需的系統(tǒng)和附件的總稱，被譽為無人機的心臟無人機動力系統(tǒng)的組成無人機的分類根據(jù)動力來源分類：以燃油類發(fā)動機為動力的油動系統(tǒng)無人機，以電池為能源的電動系統(tǒng)無人機、固態(tài)氧化物燃料無人機、太陽能無人機、油電混合動力無人機無人機電機動力裝置：將電池化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能再轉(zhuǎn)化為機械能，從而為無人機提供動力無人機動力系統(tǒng)的組成動力系統(tǒng)的組成動力系統(tǒng)包括：發(fā)動機、電動機無人機使用的動力裝置主要包括：活塞式發(fā)動機、渦噴發(fā)動機、渦扇發(fā)動機、渦槳發(fā)動機、渦軸發(fā)動機、沖壓發(fā)動機、火箭發(fā)動機、電動機主流的民用無人機所采用的動力系統(tǒng)通常為活塞式發(fā)動機和電動機§2活塞式發(fā)動機活塞式發(fā)動機別名：往復(fù)式發(fā)動機主要結(jié)構(gòu)：氣缸、活塞、連桿、曲軸、氣門機構(gòu)、螺旋槳減速器、機匣屬于內(nèi)燃機，通過燃料在氣缸內(nèi)的燃燒，將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能活塞式發(fā)動機系統(tǒng)組成發(fā)動機本體、進氣系統(tǒng)、增壓器、點火系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、啟動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)活塞式發(fā)動機沖程一般用汽油作為燃料每一循環(huán)包括四個沖程：進氣沖程、壓縮沖程、做功（膨脹）沖程、排氣沖程①進氣沖程：活塞從上死點運動到下死點，進氣活門開放，排氣活門關(guān)閉，霧化的汽油和空氣的混合氣體，被下行的活排氣口吸入氣缸內(nèi)活塞式發(fā)動機沖程②壓縮沖程：活塞從下死點運動到上死點，進氣活門和排氣活門都關(guān)閉，混合氣體在氣缸內(nèi)被壓縮，在活塞點火上死點附近，由裝在氣缸頭部的火花塞點火③做功沖程：混合氣體點燃后，高溫高壓的燃氣開始膨脹，具有高溫高壓的燃氣開始膨脹，推驅(qū)動軸動活塞從上死點向下死點運動，燃燒氣體所蘊含的內(nèi)能轉(zhuǎn)變?yōu)閹勇菪龢D(zhuǎn)動的動力活塞式發(fā)動機沖程④排氣沖程：活塞從下死點運動到上死點，排氣活門開放，燃燒后的廢氣被活塞排出缸外當(dāng)活塞到達上死點后，排氣活門關(guān)閉，完成四個沖程的循環(huán)活塞式發(fā)動機起動系統(tǒng)發(fā)動機由靜止?fàn)顟B(tài)過渡到工作狀態(tài)：用外力轉(zhuǎn)動發(fā)動機的曲軸，使活塞作往復(fù)運動，氣缸內(nèi)的可燃混合氣體燃燒膨脹作功，推動活塞向下運動使曲軸旋轉(zhuǎn)發(fā)動機的起動：曲軸在外力作用下開始轉(zhuǎn)動到發(fā)動機開始自動地運轉(zhuǎn)的全過程起動系統(tǒng)：完成起動過程所需的裝置活塞式發(fā)動機起動系統(tǒng)大型活塞發(fā)動機起動系統(tǒng)的部件均安裝在發(fā)動機上或其附近，與發(fā)動機有關(guān)部件連接傳動氣缸總?cè)莘e小于500毫升的活塞發(fā)動機多采用獨立式起動系統(tǒng)§3電動動力系統(tǒng)電動動力系統(tǒng)微型無人機中普遍使用電動動力系統(tǒng)裝置組成：電池、電調(diào)、電機、螺旋槳電動動力系統(tǒng)裝置組成電池：主要作用是提供能量。電調(diào)：主要作用是控制電動機的轉(zhuǎn)速。電機：主要作用是通過電機旋轉(zhuǎn)帶動螺旋槳旋轉(zhuǎn)。螺旋槳：主要作用是通過旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力和推力。電動動力系統(tǒng)電機無人機動力系統(tǒng)的核心部分分類：有刷電動機、無刷電動機有刷電動機由于效率較低，在無人機領(lǐng)域已逐漸不再使用電動動力系統(tǒng)有刷電機內(nèi)含電刷裝置的將電能轉(zhuǎn)換成機械能（電動機）或?qū)C械能轉(zhuǎn)換成電能（發(fā)電機）的旋轉(zhuǎn)電機所有電機的基礎(chǔ)特點：啟動快、制動及時、可在大范圍內(nèi)平滑地調(diào)速、控制電路相對簡單電動動力系統(tǒng)有刷電機有刷電機有碳刷，無刷電機沒有碳刷組成：定子、轉(zhuǎn)子定子和轉(zhuǎn)子的磁極之間有一個夾角，在定轉(zhuǎn)子磁場（N極和S極之間）的相互吸引下，使電機旋轉(zhuǎn)電動動力系統(tǒng)有刷電機改變電刷的位置，就可以改變定轉(zhuǎn)子磁極夾角，從而改變電機的旋轉(zhuǎn)方向缺點：摩擦大、耗損大、發(fā)熱大、壽命短、效率低、功率小電動動力系統(tǒng)無刷電機組成：電動機主體、驅(qū)動器組成典型的機電一體化產(chǎn)品以自控式運行，不會在轉(zhuǎn)子上另加啟動繞組，也不會在負載突變時產(chǎn)生振蕩和失步電動動力系統(tǒng)無刷電機中小容量的無刷直流電動機的永磁體多采用高磁能級的稀土釹鐵硼（Nd-Fe-B）材料稀土永磁無刷電動機的體積比同容量三相異步電動機縮小了一個機座號電動動力系統(tǒng)無刷電機運行原理：依靠改變輸入到無刷電機定子線圈上的電流波交變頻率和波形，在繞組線圈周圍形成一個繞電機幾何軸心旋轉(zhuǎn)的磁場，驅(qū)動轉(zhuǎn)子上的永磁磁鋼轉(zhuǎn)動電動動力系統(tǒng)無刷電機電機的性能與磁鋼數(shù)量、磁鋼磁通強度、電機輸入電壓大小、無刷電機的控制性能等因素有關(guān)優(yōu)點：無電刷、低干擾、噪音低、運轉(zhuǎn)順暢、壽命長、維護成本低電動動力系統(tǒng)無刷電機無刷電機幾乎是一種免維護的電動機有刷電機低速扭力性能優(yōu)異、轉(zhuǎn)矩大等性能特點是無刷電機不可替代的電動動力系統(tǒng)電源為電機提供運轉(zhuǎn)能源通常采用化學(xué)電池來作為電動無人機的動力電源主要包括：鎳氫電池、鎳鉻電池、鋰聚合物、鋰離子動力電池電動動力系統(tǒng)鋰聚合物電池采用鋰合金做正極，采用高分子導(dǎo)電材料、聚乙炔、聚苯胺或聚對苯酚等做負極，有機溶劑作為電解質(zhì)比能量可達350W·h/kg，功率50-60W/kg，使用溫度-40℃-70℃，壽命約330次左右電動動力系統(tǒng)鋰聚合物電池正極、負極與電解質(zhì)中至少有一項或一項以上使用高分子材料做為主要電池系統(tǒng)高分子材料主要是被應(yīng)用于正極及電解質(zhì)電動動力系統(tǒng)鋰聚合物電池正極材料包括導(dǎo)電高分子聚合物或無機化合物電解質(zhì)可以使用固態(tài)或膠態(tài)高分子電解質(zhì)，或有機電解液一般鋰離子技術(shù)使用液體或膠體電解液，需要堅固的二次包裝來容納可燃的活性成分，增加了重量，限制了尺寸的靈活性電動動力系統(tǒng)鋰聚合物電池鋰聚合物電池和鋰離子電池技術(shù)都能代替鎳鉻電池相同體積下比鋰電池容量大，完全沒有記憶效應(yīng)，容易做成各種形狀，容量比同樣大小的鋰離子電池高出一倍，且不含有害的重金屬元素電動動力系統(tǒng)鋰聚合物電池對旋翼轉(zhuǎn)速進行速度調(diào)節(jié)的系統(tǒng)針對動力電機不同，可分為有刷電調(diào)和無刷電調(diào)它根據(jù)控制信號調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速電動動力系統(tǒng)電調(diào)連接方法：電調(diào)的輸入線與電池連接；電調(diào)的輸出線（有刷兩根、無刷三根）與電機連接；電調(diào)的信號線與接收機連接電動動力系統(tǒng)電調(diào)電源輸出功能（BEC）：在信號線的正負極之間，有5V左右的電壓輸出，通過信號線為接收機及舵機供電市場上大部分電調(diào)采用單獨的PMU（電源管理模塊）給飛控或者接收機供電電動動力系統(tǒng)電調(diào)功能：調(diào)速：調(diào)整電機轉(zhuǎn)速的快慢穩(wěn)壓：通過BEC功能，可以給飛控或接收機提供穩(wěn)定的電壓輸入逆變：通過逆變功能，可以使電池輸入的直流電變成給電機輸出的交流電換向：通過電調(diào)連接電機的三根線中，隨意顛倒兩根線序，可以實現(xiàn)讓電機反方向旋轉(zhuǎn)檢測：設(shè)置無人機的低電壓保護功能，使飛機電池在電量不足的情況下降低功率來迫降電動動力系統(tǒng)電調(diào)接線方法：1.電調(diào)兩根較粗的硅膠線紅色（正極）線與黑色（負極）線與電池相連；2.電調(diào)較細的三根硅膠線為電調(diào)的輸出線與電機相連；3.電調(diào)最細的三根硅膠線（杜邦線）為信號輸入線與飛控或接收機相連電動動力系統(tǒng)螺旋槳通過旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力和推力順時針方向旋轉(zhuǎn)的是正槳，逆時針旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)的是反槳電動動力系統(tǒng)螺旋槳根據(jù)螺旋槳的槳距是否固定可分為：定距螺旋槳、變距螺旋槳多旋翼無人機多采用定距螺旋槳，無人直升機多采用變距螺旋槳電動動力系統(tǒng)螺旋槳根據(jù)材質(zhì)的不同可分為：注塑槳、碳纖槳、玻纖槳、木槳等根據(jù)螺旋槳槳葉數(shù)量的不同可分：二葉槳、三葉槳、四葉槳等第三課時無人機的飛控系統(tǒng)目錄/CONTENTS§2無人機的自動飛行§4飛控系統(tǒng)組成§3改善飛機性能§5導(dǎo)航飛控計算機§1飛控系統(tǒng)簡介§6飛控系統(tǒng)的功能§1飛行控制系統(tǒng)飛控系統(tǒng)簡介飛控：飛行控制系統(tǒng)控制飛行器飛行姿態(tài)和運動的中樞設(shè)備（自動駕駛儀）飛控系統(tǒng)簡介使用無線電雷達信號、航向和姿態(tài)角測量信號、大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)的飛行參數(shù)或人工輸入的指令信號通過對俯仰、滾轉(zhuǎn)和偏航的調(diào)整，自動地保持或控制飛機姿態(tài)和飛行航跡，模仿飛行員的人工操縱§2無人機的自動飛行無人機的自動飛行概念利用系統(tǒng)在無人參與的條件下，自動操縱飛機按規(guī)定的姿態(tài)和航跡飛行通常可實現(xiàn)對飛機的三軸姿態(tài)角及飛機三個方向空間位置的自動控制和穩(wěn)定無人機的自動飛行優(yōu)點長距離飛行時消除駕駛員的疲勞，減輕駕駛員的工作負擔(dān)在一些壞天氣或復(fù)雜的環(huán)境下，駕駛員難于精確控制飛機的姿態(tài)和航跡，自動飛行控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)對飛機姿態(tài)和航跡的精確控制駕駛員難于精確完成的飛行操縱任務(wù)，可采用自動飛行控制§3改善飛機性能改善飛機性能決定因素由飛機本身的氣動特性和發(fā)動機特性決定隨著飛機飛行高度及速度的增加，飛機的自身特性變差改善飛機性能靜不穩(wěn)定問題形成原因：設(shè)計飛機時，為了減小質(zhì)量和阻力，提高有用升力，常將飛機設(shè)計成靜不穩(wěn)定的解決方法：安裝不同類型的飛行控制系統(tǒng)（增穩(wěn)系統(tǒng)或阻尼器系統(tǒng)）§4飛控系統(tǒng)組成無人機飛控系統(tǒng)使用介紹飛控系統(tǒng)組成無人機導(dǎo)航系統(tǒng)向無人機提供參考坐標(biāo)系的位置、速度、飛行姿態(tài)等矢量信息，引導(dǎo)無人機按照指定航線飛行分類：非自主（GPS等）系統(tǒng)、自主（慣性制導(dǎo)）系統(tǒng)缺點：易受干擾、誤差積累增大飛控系統(tǒng)組成模塊組成主控模塊、IMU（慣性測量單元）、GPS指南針模塊、LED指示燈模塊和PMU電源管理模塊等飛控系統(tǒng)組成IMU包括三軸加速度計、三軸陀螺儀、電子羅盤（或磁力計），目的是得到多旋翼的姿態(tài)信息高精度感應(yīng)飛行器姿態(tài)、角度、速度和高度的元器件集合體，在飛行輔助功能中充當(dāng)極其重要的角色。飛控系統(tǒng)組成主控模塊飛行控制系統(tǒng)的核心將IMU、GPS指南針、舵機和遙控接收機等設(shè)備接入飛行控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)飛行器自主飛行功能飛控系統(tǒng)組成傳感器常用的傳感器：角速率傳感器、姿態(tài)傳感器、位置傳感器、迎角側(cè)滑角傳感器、加速度傳感器、高度傳感器及空速傳感器等傳感器構(gòu)成無人機導(dǎo)航飛控系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)飛控系統(tǒng)組成傳感器角速率傳感器又稱為陀螺儀，用高速回轉(zhuǎn)體的動量矩敏感殼體相對慣性空間繞正交于自轉(zhuǎn)軸的一個或二個軸的角運動檢測裝置是飛行控制系統(tǒng)的基本傳感器之一，用于感受無人機繞機體軸的轉(zhuǎn)動角速率，以構(gòu)成角速率反饋，改善系統(tǒng)的阻尼特性、提高穩(wěn)定性飛控系統(tǒng)組成傳感器角速率傳感器選擇：測量范圍、精度、輸出特性、帶寬等安裝在無人機重心附近，安裝軸線與要感受的機體軸向平行，并注意極性的正確性飛控系統(tǒng)組成傳感器姿態(tài)傳感器感受無人機的俯仰、滾轉(zhuǎn)和航向角度，實現(xiàn)姿態(tài)穩(wěn)定與航向控制功能選擇：測量范圍、精度、輸出特性、動態(tài)特性等安裝：無人機重心附近，振動盡可能要小，安裝精度要求高飛控系統(tǒng)組成傳感器姿態(tài)傳感器基于MEMS技術(shù)的高性能三維運動姿態(tài)測量系統(tǒng)包含：三軸陀螺儀、三軸加速度計，三軸電子羅盤等運動傳感器通過內(nèi)嵌的低功耗ARM處理器得到經(jīng)過溫度補償?shù)娜S姿態(tài)與方位等數(shù)據(jù)利用基于四元數(shù)的三維算法和特殊數(shù)據(jù)融合技術(shù)，實時輸出以四元數(shù)、歐拉角表示的零漂移三維姿態(tài)方位數(shù)據(jù)飛控系統(tǒng)組成傳感器高度、空速傳感器（大氣機）感受無人機的飛行高度和空速，是高度保持和空速保持的必備傳感器和空速管、通氣管路構(gòu)成大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)選擇：測量范圍、測量精度安裝：空速管附近，盡量縮短管路飛控系統(tǒng)組成傳感器位置傳感器感受無人機的位置，是飛行軌跡控制的必要前提典型的位置傳感器：慣性導(dǎo)航設(shè)備、GPS衛(wèi)星導(dǎo)航接收機選擇：考慮與飛行時間相關(guān)的導(dǎo)航精度、成本和可用性等問題有安裝位置和較高的安裝精度要求，GPS的安裝主要應(yīng)避免天線的遮擋問題飛控系統(tǒng)組成傳感器PMU電源管理模塊給飛控主控器、ESC電調(diào)單元等組件進行供電，以保證飛控單元正常穩(wěn)定的工作§5導(dǎo)航飛控計算機導(dǎo)航飛控計算機功能姿態(tài)的穩(wěn)定與控制航向姿態(tài)系統(tǒng)測量、顯示和提供飛機航向角和姿態(tài)角信號的飛行儀表主要由全姿態(tài)陀螺儀、磁感應(yīng)傳感器、天文羅盤、全姿態(tài)指示器組成能向飛行人員指示導(dǎo)航所需要的航向角和駕駛所需要的傾側(cè)角、俯仰角、偏航角導(dǎo)航飛控計算機功能航與制導(dǎo)控制研究方向：飛行器控制、導(dǎo)航技術(shù)、慣導(dǎo)測試設(shè)備及測試方法、制導(dǎo)與系統(tǒng)仿真技術(shù)：制導(dǎo)控制系統(tǒng)半實物仿真、復(fù)雜系統(tǒng)分布式仿真、大功率低干擾電驅(qū)動、慣導(dǎo)測試設(shè)備一體化設(shè)計、姿態(tài)控制、慣導(dǎo)平臺小型化數(shù)字化導(dǎo)航飛控計算機功能自主飛行控制電子控制系統(tǒng)采用反饋（閉環(huán)）的工作方式無人機飛行路徑、姿態(tài)、高度、空速等的實際狀態(tài)經(jīng)過測量后以電信號的形式反饋給系統(tǒng)，計算誤差信號，放大后用于設(shè)置適當(dāng)?shù)目刂泼嫖恢枚婷鏁a(chǎn)生控制力使誤差信號趨向于零值導(dǎo)航飛控計算機機載導(dǎo)航飛控軟件運行于飛控計算機上的嵌入式實時任務(wù)軟件要求：功能正確、性能好、效率高、質(zhì)量保證、可靠性、可維護性導(dǎo)航飛控計算機機載導(dǎo)航飛控軟件功能模塊①硬件接口驅(qū)動模塊②傳感器數(shù)據(jù)處理模塊③飛行控制律模塊④導(dǎo)航與制導(dǎo)律模塊⑤飛行任務(wù)管理模塊⑥任務(wù)設(shè)備管理模塊⑦余度管理模塊⑧數(shù)據(jù)傳輸、記錄模塊⑨自檢測模塊⑩其它模塊§6飛控系統(tǒng)的功能飛控系統(tǒng)的功能飛控子系統(tǒng)無人機完成起飛、空中飛行、執(zhí)行任務(wù)、返場回收等整個飛行過程的核心系統(tǒng)對無人機實現(xiàn)全權(quán)控制與管理飛控系統(tǒng)的功能飛控子系統(tǒng)功能：①無人機姿態(tài)穩(wěn)定與控制②與導(dǎo)航子系統(tǒng)協(xié)調(diào)完成航跡控制③無人機起飛（發(fā)射）與著陸（回收）控制④無人機飛行管理⑤無人機任務(wù)設(shè)備管理與控制⑥應(yīng)急控制⑦信息收集與傳遞飛控系統(tǒng)的功能導(dǎo)航子系統(tǒng)向無人機提供相對于所選定的參考坐標(biāo)系的位置、速度、飛行姿態(tài)，引導(dǎo)無人機沿指定航線安全、準(zhǔn)時、準(zhǔn)確的飛行飛控系統(tǒng)的功能導(dǎo)航子系統(tǒng)功能：①獲得必要的導(dǎo)航要素：高度、速度、姿態(tài)、航向②給出滿足精度要求的定位信息：經(jīng)度、緯度③引導(dǎo)飛機按規(guī)定計劃飛行④接收預(yù)定任務(wù)航線計劃的裝定、并對任務(wù)航線的執(zhí)行進行動態(tài)管理飛控系統(tǒng)的功能導(dǎo)航子系統(tǒng)功能：⑤接收控制站的導(dǎo)航模式控制指令并執(zhí)行；并具有指令導(dǎo)航模式與預(yù)定航線飛行模式相互切換的功能⑥具有接收并融合無人機其它設(shè)備的輔助導(dǎo)航定位信息的能力⑦配合其它系統(tǒng)完成各種任務(wù)第四課時無人機的地面站和載荷BU

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AVIATION目錄/CONTENTS§2無人機地面站系統(tǒng)§3無人機的任務(wù)載荷§1無人機地面站§1無人機地面站無人機地面站別名：控制站、遙控站、任務(wù)規(guī)劃與控制站在規(guī)模較大的無人機系統(tǒng)中，不同功能的若干個控制站通過通信設(shè)備連接起來，構(gòu)成無人機地面站系統(tǒng)無人機地面站主要功能無人機地面站的主要功能：指揮控制與任務(wù)規(guī)劃無人機地面站系統(tǒng)的功能：指揮調(diào)度、任務(wù)規(guī)劃、操作控制、顯示記錄等§2無人機地面站系統(tǒng)無人機地面站系統(tǒng)主要功能指揮調(diào)度功能：上級指令接收、系統(tǒng)之間聯(lián)絡(luò)、系統(tǒng)內(nèi)部調(diào)度任務(wù)規(guī)劃功能：飛行航路規(guī)劃與重規(guī)劃、任務(wù)載荷工作規(guī)劃與重規(guī)劃操作控制功能：起降操縱、飛行控制操作、任務(wù)載荷操作、數(shù)據(jù)鏈控制無人機地面站系統(tǒng)主要功能④顯示記錄功能：飛行狀態(tài)參數(shù)顯示與記錄、航跡顯示與記錄、任務(wù)載荷信息顯示與記錄等無人機地面站系統(tǒng)硬件設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的無人機地面站通常由數(shù)據(jù)鏈路控制、飛行控制、載荷控制、載荷數(shù)據(jù)處理等四類硬件設(shè)備機柜構(gòu)成無人機地面站系統(tǒng)控制站模塊①指揮處理中心制定無人機飛行任務(wù)、完成無人機載荷數(shù)據(jù)的處理和應(yīng)用通過無人機控制站等間接地實現(xiàn)對無人機的控制和數(shù)據(jù)接收無人機地面站系統(tǒng)控制站模塊②無人機控制站組成：飛行操縱、任務(wù)載荷控制、數(shù)據(jù)鏈路控制和通信指揮操縱控制無人機機載任務(wù)載荷等一個無人機控制站可以指揮控制一架或多架無人機一架無人機可以由一個或多個控制站完成指揮控制工作無人機地面站系統(tǒng)控制站模塊③載荷控制站與無人機控制站功能類似，只能控制無人機的機載任務(wù)設(shè)備，不能進行無人機的飛行控制無人機地面站系統(tǒng)控制站模塊④顯示系統(tǒng)飛行控制席位、任務(wù)設(shè)備控制席位、數(shù)據(jù)鏈管理席位都設(shè)有相應(yīng)分系統(tǒng)的顯示裝置飛行參數(shù)綜合顯示可根據(jù)飛行與任務(wù)需要，選擇需要的系統(tǒng)信息予以顯示，便于無人機駕駛員判讀無人機地面站系統(tǒng)控制站模塊顯示系統(tǒng)——飛行參數(shù)綜合顯示①飛行與導(dǎo)航信息：無人機駕駛員控制無人機執(zhí)行任務(wù)必需的信息顯示內(nèi)容：無人機飛行姿態(tài)角及角速度信息；無人機飛行位置、高度、速度信息；大氣數(shù)據(jù)信息；發(fā)動機狀態(tài)信息；伺服控制及舵面響應(yīng)信息無人機地面站系統(tǒng)控制站模塊顯示系統(tǒng)——飛行參數(shù)綜合顯示②數(shù)據(jù)鏈狀態(tài)信息包括數(shù)據(jù)鏈設(shè)備工作狀態(tài)及信道狀態(tài)等顯示內(nèi)容：鏈路工作狀態(tài)的主要工作參數(shù)；各種鏈路設(shè)備的工作參數(shù)；各種鏈路設(shè)備的工作狀態(tài)無人機地面站系統(tǒng)控制站模塊顯示系統(tǒng)——飛行參數(shù)綜合顯示③設(shè)備狀態(tài)信息：飛行過程中需要提供必要的系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)信息顯示內(nèi)容：機載航空電子狀態(tài)信息；機載任務(wù)設(shè)備狀態(tài)信息；地面設(shè)備狀態(tài)信息；機載供電信息；導(dǎo)航狀態(tài)信息；時鐘信息等無人機地面站系統(tǒng)控制站模塊顯示系統(tǒng)——飛行參數(shù)綜合顯示④控制指令：無人機駕駛員判斷操縱指令發(fā)送有效性的重要信息明確表達和描述指令發(fā)送是否有效，可對指令通道簡單故障定位顯示內(nèi)容：指令代碼；發(fā)送狀態(tài)；接收狀態(tài)無人機地面站系統(tǒng)控制站模塊⑤告警告警信息——視覺告警：燈光告警、顏色告警和文字告警等聽覺告警：語音告警和音調(diào)告警等無人機地面站系統(tǒng)控制站模塊⑤告警告警級別：提示、注意、警告提示：需要提示操縱人員重視系統(tǒng)安全或工作狀態(tài)、性能狀態(tài)以及提醒操縱人員進行例行操縱的信息無人機地面站系統(tǒng)控制站模塊⑤告警注意：即將出現(xiàn)危險狀況，發(fā)展下去將危及飛行安全，或某系統(tǒng)、設(shè)備故障，將影響飛行任務(wù)完成或?qū)е孪到y(tǒng)、設(shè)備性能降低，需引起操縱人員注意，但無須立即采取措施的信息無人機地面站系統(tǒng)控制站模塊⑤告警警告：表明已出現(xiàn)了危及飛行安全的狀況，需立即采取措施的信息，是告警的最高級別無人機地面站系統(tǒng)控制站模塊⑥地圖航跡顯示為無人機駕駛員提供無人機位置等導(dǎo)航信息包括飛機的導(dǎo)航信息顯示、航跡繪制顯示以及地理信息的顯示無人機地面站系統(tǒng)控制站模塊⑥地圖航跡顯示導(dǎo)航信息顯示：顯示無人機實時定位信息，機載定位傳感器設(shè)備狀態(tài)信息，無人機導(dǎo)航信息，導(dǎo)航控制器相關(guān)參數(shù)任務(wù)規(guī)劃信息航跡繪制顯示：應(yīng)能直觀形象、簡捷明快顯示無人機圖標(biāo)、背景地圖、規(guī)劃航線和飛行航跡線等信息無人機地面站系統(tǒng)控制站模塊⑥地圖航跡顯示地理信息顯示：地理信息可視化是地圖航跡顯示軟件功能的重要組成部分，應(yīng)包含多層信息內(nèi)容，根據(jù)需要選擇若干層面顯示§3無人機的任務(wù)載荷無人機的任務(wù)載荷指裝備到無人機上為完成任務(wù)的設(shè)備，包括執(zhí)行航拍、植保、測繪、物流所需無人機的任務(wù)載荷的快速發(fā)展極大地擴展了無人機的應(yīng)用領(lǐng)域無人機的任務(wù)載荷大多需要安裝在各種平臺上面以實現(xiàn)在水平和豎直方向進行轉(zhuǎn)動，以達到使任務(wù)載荷充分發(fā)揮其功能目的云臺：連接攝像機與攝像機支撐架，承載攝像機進行水平和垂直兩個方向轉(zhuǎn)動的裝置無人機的任務(wù)載荷無人機上的各種任務(wù)載荷，如:光電/紅外傳感器、合成孔徑雷達、激光雷達、激光測距機和各種武器設(shè)備等都需要云臺云臺的功能：接收遙控指令、根據(jù)指令進行調(diào)整或保持一個特定角度、防爆、防水、耐高溫、抗風(fēng)無人機的任務(wù)載荷常用的任務(wù)載荷按任務(wù)設(shè)備用途分類：偵查搜索設(shè)備、測繪設(shè)備、軍用專用設(shè)備、民用專用設(shè)備等偵察搜索設(shè)備：光電平臺、SRA雷達、紅外傳感器等，測繪設(shè)備則是測繪雷達、航拍相機等無人機的任務(wù)載荷常用的任務(wù)載荷①可見光相機無人機遙感系統(tǒng)的傳感器類型有70%以上為光學(xué)數(shù)碼相機，是無人機傳感器的主要構(gòu)成國內(nèi)外無人機上使用的光學(xué)相機系統(tǒng)機身重量較輕，外形尺寸校，有效像素一般在8000萬像素以下無人機的任務(wù)載荷常用的任務(wù)載荷②傾斜攝影相機主要功能：三維實景模型重建廣泛應(yīng)用于數(shù)字（智慧）城市，電力巡檢、數(shù)字旅游、數(shù)字文物和數(shù)字地形圖測繪等方面無人機的任務(wù)載荷常用的任務(wù)載荷②傾斜攝影相機按照相機數(shù)量分類：五鏡頭傾斜相機、三鏡頭傾斜相機和兩鏡頭傾斜相機按照配置相機類型分類：中畫幅傾斜相機、全畫幅相機、APS畫幅傾斜相機和小畫幅傾斜相機無人機的任務(wù)載荷常用的任務(wù)載荷③紅外行掃描儀熱成像裝置，利用掃描鏡收集紅外輻射并投射到紅外探測器上形成紅外圖像信號，用其調(diào)制光源并記錄在感光膠片上，構(gòu)成紅外照相機這種紅外圖像信號調(diào)制視頻通道，經(jīng)過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)發(fā)送回地面接收站無人機的任務(wù)載荷常用的任務(wù)載荷③紅外行掃描儀屬于機載無源探測設(shè)備，最大的優(yōu)勢為探測物體自然的紅外輻射而不借助環(huán)境光的照射可以進行夜間監(jiān)視和偵察，自身隱蔽性好、不受一般目視偽裝的欺騙無人機的任務(wù)載荷常用的任務(wù)載荷③紅外行掃描儀——前視紅外設(shè)備與點源紅外探測器的區(qū)別：具有較高的空間分辨力，能分辨出景物的各個細節(jié)，反映出景物自身熱特征的圖像無人機的任務(wù)載荷常用的任務(wù)載荷③紅外行掃描儀——前視紅外設(shè)備探測景物自身紅外輻射無須環(huán)境光照射目前能在黑夜發(fā)揮作用，并且不會被目視偽裝和假目標(biāo)欺騙的無可替代的夜間無源成像探測器，被廣泛用于夜間圖像情報探測設(shè)備無人機的任務(wù)載荷常用的任務(wù)載荷③紅外行掃描儀——前視紅外設(shè)備技術(shù)復(fù)雜、造價高，目前還不是無人偵察機普遍裝備的實時成像探測沒備常作為核心與電視攝像機或激光測距器／照射器綜合成為多探測器轉(zhuǎn)塔，晝夜執(zhí)行多種任務(wù)無人機的任務(wù)載荷常用的任務(wù)載荷④合成孔徑雷達利用合成孔徑天線和先進的信號處理技術(shù)，分析運動飛行器的一系列雷達掃描的多普勒頻移，產(chǎn)生數(shù)百米寬的虛擬天線可以獲得遠高于傳統(tǒng)雷達的分辨力無人機的任務(wù)載荷常用的任務(wù)載荷④合成孔徑雷達在夜間和惡劣氣候時能有效工作，穿透云層、霧和戰(zhàn)場遮蔽，以高分辨力進行大范圍成像設(shè)備質(zhì)量和能量消耗非常大，限制在戰(zhàn)術(shù)無人機上目前只有大型無人機具備搭載合成孔徑雷達的能力無人機的任務(wù)載荷常用的任務(wù)載荷④合成孔徑雷達戰(zhàn)術(shù)用途：從雷達圖像中提取附加信息的將合成孔徑雷達數(shù)據(jù)與來自其他傳感器的數(shù)據(jù)進行組合無人機的任務(wù)載荷常用的任務(wù)載荷⑤激光雷達主動式的現(xiàn)代光學(xué)遙感技術(shù)，是傳統(tǒng)雷達技術(shù)與現(xiàn)代激光技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)物系統(tǒng)包括：激光測距儀、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)INS、動態(tài)DGPS接收機用于測定激光雷達信號發(fā)射點到地面目標(biāo)點間的距離無人機的任務(wù)載荷常用的任務(wù)載荷⑤激光雷達慣性導(dǎo)航系統(tǒng)：利用慣性測量單元IMU測定飛機的掃描裝置主光軸的姿態(tài)參數(shù)，動態(tài)DGPS接收機來確定激光雷達信號發(fā)射點的空間位置第五課時固定翼無人機的結(jié)構(gòu)BU

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AVIATION目錄/CONTENTS§2固定翼飛機的機翼§4固定翼飛機的尾翼§3固定翼飛機的機身§5固定翼飛機的起落架§1固定翼飛機主要結(jié)構(gòu)組成§1固定翼飛機主要結(jié)構(gòu)組成固定翼飛機主要結(jié)構(gòu)組成固定翼飛機：由動力裝置產(chǎn)生前進的推力或拉力，由機身上的固定機翼產(chǎn)生升力，在大氣層內(nèi)飛行的重于空氣的航空器固定翼無人機與有人機的結(jié)構(gòu)構(gòu)造大體一致，主要由機身、機翼、動力裝置、尾翼和起落裝置等部分組成固定翼飛機主要結(jié)構(gòu)組成機翼作用：產(chǎn)生升力機翼具有上反角時，可為飛機提供一定的橫側(cè)穩(wěn)定性機翼上安裝有多個舵面，其前緣有前緣縫翼和襟翼，后緣有副翼和襟翼，上表面有擾流板固定翼飛機主要結(jié)構(gòu)組成機翼很多飛機的起落架和發(fā)動機安裝在機翼的結(jié)構(gòu)上機翼的內(nèi)部的油箱，用來存儲燃油固定翼飛機主要結(jié)構(gòu)組成機翼薄壁型結(jié)構(gòu)，構(gòu)造主要分成蒙皮和骨架結(jié)構(gòu)兩部分骨架結(jié)構(gòu)中，縱向構(gòu)件有翼梁、長桁和墻（腹板），橫向構(gòu)件有普通肋和加強肋固定翼飛機主要結(jié)構(gòu)組成機翼翼面結(jié)構(gòu)在根部與其他翼段或機身相連翼面構(gòu)件的基本功用是形成和保持翼面外形，以產(chǎn)生氣動力，同時承受和傳遞外載荷§2固定翼飛機的機翼固定翼飛機的機翼翼梁最強有力的縱向構(gòu)件主要作用：承受機翼的剪力和彎矩，在機翼根部與機身用固定連接接頭連接結(jié)構(gòu)形式：腹板式、整體式、桁架式固定翼飛機的機翼翼梁腹板式金屬翼梁：由緣條和腹板鉚接而成，截面為T形和L形整體式翼梁：鋁合金鍛制的腹板式翼梁，剛度大，截面面積尺寸可以更好地符合強度要求桁架式翼梁：由上、下緣條和許多直支柱、斜支柱連接而成，多用于低速重型飛機固定翼飛機的機翼翼梁分類：普通翼肋、加強翼肋主要作用：支持蒙皮、桁條、翼梁腹板，提高它們的穩(wěn)定性以及把蒙皮和桁條傳給它的局部空氣動力傳給翼梁腹板固定翼飛機的機翼桁條主要由薄鋁板制成主要作用：1.支撐蒙皮，防止它在承受局部空氣動力時產(chǎn)生過大的局部變形，并與蒙皮一起把局部空氣動力傳給翼肋2.提高蒙皮的抗剪和抗壓穩(wěn)定性，使它能更好地承受機翼的扭矩和彎矩3.與蒙皮一起承受由彎矩引起的軸向力固定翼飛機的機翼蒙皮作用：1.承受局部空氣動力、形成機翼外形2.在金屬蒙皮機翼結(jié)構(gòu)中，蒙皮還要承受機翼的扭矩和彎矩現(xiàn)代民航客機的機翼多采用整體式壁板結(jié)構(gòu)固定翼飛機的機翼外載荷形式：1.以分布載荷的形式作用于機翼上2.以集中載荷的形式作用于機翼上固定翼飛機的機翼外載荷分布載荷包括空氣動力和自身質(zhì)量力（重力和慣性力）機翼上部的尖頭：氣動力沿翼展方向的分布機翼下部的尖頭：質(zhì)量力沿翼展方向的分布與飛機飛行方向相反的空氣阻力和機翼中燃油重量作用在機翼上固定翼飛機的機翼外載荷集中載荷由其他部件通過接頭傳給機翼結(jié)構(gòu)，一般集中作用在個別連接點發(fā)動機傳給機翼的質(zhì)量力和拉力都是集中載荷當(dāng)飛機在地面停放、滑行和起飛著陸時，裝在機翼上的起落架傳給機翼的機身反作用力也是集中載荷固定翼飛機的機翼外載荷集中載荷力和力矩在機翼結(jié)構(gòu)中形成內(nèi)力平衡在剪力、彎矩和扭矩的作用下，機翼會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變形彎矩使得機翼產(chǎn)生彎曲變形，扭矩導(dǎo)致機翼產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形§3固定翼飛機的機身固定翼飛機的機身主要作用：裝載人員、貨物、設(shè)備、武器和燃料等飛機其他結(jié)構(gòu)部件的安裝基礎(chǔ)將尾翼、機翼及發(fā)動機等連接成一個整體固定翼飛機的機身構(gòu)架式早期的低速飛機機身的承力構(gòu)架都做成四緣條的立體構(gòu)架為了減小飛機的阻力，在承力構(gòu)架外面固定有整形用的隔框、桁條和蒙皮，只承受局部空氣動力，不參加整個結(jié)構(gòu)的受力機身的剪力、彎矩和扭矩全部由構(gòu)架承受固定翼飛機的機身硬殼式機身結(jié)構(gòu)由蒙皮與少數(shù)隔框組成特點：沒有縱向構(gòu)件，硬殼式機身蒙皮厚，由蒙皮承受主要的應(yīng)力優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、氣動外形光滑、內(nèi)部空間可全部利用缺點：蒙皮材料的利用率不高、增重較大固定翼飛機的機身半硬殼式機身結(jié)構(gòu)使機身結(jié)構(gòu)的剛度能滿足飛行速度日益增大的要求，需要使蒙皮參加整個結(jié)構(gòu)的受力使用金屬蒙皮，并將蒙皮與隔框、大梁、桁條牢固地鉚接起來成為一個受力的整體固定翼飛機的機身半硬殼式機身結(jié)構(gòu)與機翼相比的區(qū)別：梁式機身的承力梁本身沒有腹板，利用機身蒙皮當(dāng)作它的腹板來承受載荷分類：桁梁式、桁條式固定翼飛機的機身半硬殼式機身結(jié)構(gòu)桁條與大梁：主要承受彎矩引起的軸向力蒙皮：除了承受部分軸向力外，還要承受全部扭矩與剪力隔框：保持機身的外形和承受局部空氣動力，承受各部件傳來的集中載荷，并將這些載荷分散地傳給蒙皮固定翼飛機的機身半硬殼式機身結(jié)構(gòu)桁梁式機身由幾根較強的大梁、桁條、蒙皮與隔框組成桁條和蒙皮較強，受壓穩(wěn)定性好，彎矩引起的軸向力全部由桁條式機身上、下部的蒙皮和桁條組成的壁板受拉、受壓來承受固定翼飛機的機身半硬殼式機身結(jié)構(gòu)桁梁式機身桁條和蒙皮較強，受壓穩(wěn)定性好，彎矩引起的軸向力全部由桁條式機身上、下部的蒙皮和桁條組成的壁板受拉、受壓來承受蒙皮加厚，改變機身空氣動力性能，增大機身結(jié)構(gòu)抗扭剛度§4固定翼飛機的尾翼固定翼飛機的尾翼主要功能：保持飛機的縱向平衡、保持飛機縱向和方向穩(wěn)定性、實現(xiàn)飛機縱向和方向操縱水平尾翼：由固定水平安定面和安裝在其后部的升降舵構(gòu)成垂直尾翼：由固定垂直安定面和安裝在其后部的方向舵組成固定翼飛機的尾翼升降舵：操控飛機的縱向運動方向舵：操縱飛機的橫向運動固定翼飛機的尾翼一般由梁、肋、桁條和蒙皮構(gòu)成，構(gòu)造方法與機翼相似尾翼形的種類：常規(guī)型、T形、十字形、Y形等§5固定翼飛機的起落架固定翼飛機的起落架主要功能：支撐飛行器停放、滑行、起飛和著陸滑跑一般由支柱、緩沖器、機輪、剎車裝置和收放機構(gòu)組成陸地上起降時，起落裝置一般由減震支柱和機輪構(gòu)成水上起降時，起落裝置為浮筒式或是雪地起降用的滑橇式固定翼飛機的起落架組成部分減震器：吸收著陸和滑跑時的沖擊能量，減小沖擊載荷，有利于減輕結(jié)構(gòu)重量，改善乘坐品質(zhì)支柱：承受地面各個方向的載荷并作為安裝機輪的支撐部件機輪：用于地面運動，并有一定的減震作用收放機構(gòu)：用于起落架的收起和放下、用于固定支柱，使支柱與機體成為一個整體受力的構(gòu)件固定翼飛機的起落架前三點式在飛機重心后并排安置兩個主輪，在飛機前部安置一個前輪優(yōu)點：前輪遠離飛機重心，允許強力制動而無倒立危險，因此能有效地縮短著陸滑跑距離飛機滑跑方向穩(wěn)定性好，起飛著陸容易操縱；機身軸線與地面基本水平，可避免噴氣發(fā)動機的燃氣燒壞跑道飛行員視界好固定翼飛機的起落架前三點式缺點：1.前起落架承受的載荷大，構(gòu)造復(fù)雜，尺寸大，重量大2.前輪會產(chǎn)生擺振現(xiàn)象，需要防止擺振的措施固定翼飛機的起落架后三點式在飛機重心前并排安置兩個主輪，在飛機尾部有一個較小的尾輪優(yōu)點：1.易于在飛機上安裝尾輪，結(jié)構(gòu)簡單，尺寸、重量都較小2.著陸滑跑時迎角大，可利用較大的阻力來進行減速，縮短滑跑距離固定翼飛機的起落架后三點式缺點：1.在大速度滑跑時，遇到前方撞擊或強力剎車時，容易發(fā)生倒立2.速度較大時著陸容易跳起，造成低空失速3.滑跑過程中方向穩(wěn)定性差4.起飛滑跑時機身仰起第七課時無人直升機目錄/CONTENTS§2無人直升機結(jié)構(gòu)§4無人直升機的缺點§3無人直升機的優(yōu)點§1無人直升機概述無人直升機介紹§1無人直升機概述無人直升機概述一種由一個或多個水平旋轉(zhuǎn)的旋翼提供向上升力和推進力而進行飛行的航空器具有垂直升降、懸停、小速度向前或向后飛行的特點主要包括：單旋翼帶尾槳無人直升機、共軸無人直升機無人直升機概述單旋翼帶尾槳無人直升機目前應(yīng)用最廣泛的機型優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，操縱靈便水平旋翼負責(zé)提供升力，小型垂直旋翼（尾槳）負責(zé)抵消旋翼產(chǎn)生的反扭矩?zé)o人直升機概述共軸無人直升機采用上下共軸反轉(zhuǎn)的兩組旋翼平衡旋翼扭矩，不需要尾槳，消除了單旋翼無人直升機存在的尾槳故障隱患和飛行中因尾梁的振動和變形而引起的尾槳傳動機構(gòu)故障隱患§2無人直升機結(jié)構(gòu)無人直升機結(jié)構(gòu)主要由機體和升力（含旋翼和尾槳）、動力、傳動三大系統(tǒng)以及機載飛行設(shè)備等組成無人直升機結(jié)構(gòu)機體作用：1.支持和固定直升機的部件和系統(tǒng)2.裝載物資和設(shè)備3.機體外形對直升機飛行性能、操縱性和穩(wěn)定性有重要影響4.承受運動部件、武器發(fā)射和貨物吊裝等動載荷無人直升機結(jié)構(gòu)旋翼主要作用：產(chǎn)生拉力拉力的作用：1.平衡直升機的重力，起到升力作用2.為直升機的運動提供動力旋轉(zhuǎn)時，槳葉與周圍空氣相互作用，產(chǎn)生空氣動力無人直升機結(jié)構(gòu)旋翼由旋翼軸、槳轂和槳葉構(gòu)成按槳葉與槳轂連接方式的不同分為：較接式、無較式、半無較式、無軸承式無人直升機結(jié)構(gòu)鉸接式旋翼槳葉的運動：旋轉(zhuǎn)運動、繞揮舞鉸的上下?lián)]舞運動、繞擺振鉸的前后擺動（擺振運動）、通過操縱變距鉸的變距運動槳轂有水平方向的擺振鉸、垂直方向的揮舞鉸和軸向的變距鉸槳葉繞槳轂的三個鉸分別進行揮舞運動、擺振運動和變距運動無人直升機結(jié)構(gòu)鉸接式旋翼特點：槳葉根部的彎曲載荷較小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護不便擺振鉸帶有擺振阻尼器，為槳葉繞擺振鉸的擺振運動提供阻尼，防止直升機出現(xiàn)“地面共振”現(xiàn)象，保證足夠的穩(wěn)定裕度無人直升機結(jié)構(gòu)無鉸式旋翼無擺振鉸和揮舞鉸，槳葉與只有軸向鉸的槳轂相連，有總距和變距鉸分類：1.旋翼槳轂為揮舞半剛性，槳葉的揮舞靠槳轂部件的彈性變形來實現(xiàn)2.旋翼槳轂為揮舞剛性，槳葉的揮舞靠槳葉根部的彎曲變形來實現(xiàn)與鉸接式旋翼相比，結(jié)構(gòu)簡單，但槳葉和槳毅的彎曲載荷較大無人直升機結(jié)構(gòu)無鉸式旋翼特點：1.只有兩片槳葉，彼此連成整體，共用一個中心水平鉸（蹺蹺板鉸鏈），沒有擺振鉸，有變距鉸2.結(jié)構(gòu)簡單，操縱性差無人直升機結(jié)構(gòu)無鉸式旋翼槳葉的揮舞、擺振和變距運動都通過槳葉根部的柔性元件來完成要求槳葉根部的材料彎曲強度和剛度高，且扭轉(zhuǎn)剛度低無人直升機結(jié)構(gòu)尾槳作用：1.產(chǎn)生的拉力（或推力）通過力臂形成偏轉(zhuǎn)力矩，用于平衡旋翼的反作用力矩2.相當(dāng)于一個直升機的垂直安定面，不僅可以改善直升機的方向穩(wěn)定性，還可以通過加大或減小尾槳拉力（推力）來實現(xiàn)直升機的航向操縱無人直升機結(jié)構(gòu)尾槳構(gòu)造：與旋翼相似，只需要改變尾槳的總距，并根據(jù)操縱方向和動作量大小來增大或減小槳距尾槳和旋翼的動力均來源于發(fā)動機，發(fā)動機產(chǎn)生的功率通過傳動系統(tǒng)，按需要傳給旋翼和尾槳轉(zhuǎn)速很高，工作時會產(chǎn)生很大的離心力無人直升機結(jié)構(gòu)尾槳1.常規(guī)尾槳：構(gòu)造與旋翼類似，由槳葉和槳轂組成2.涵道尾槳：由置于尾斜梁中的涵道和位于涵道中央的轉(zhuǎn)子組成，特點是尾槳直徑小、葉片數(shù)目多無人直升機結(jié)構(gòu)尾槳無尾槳系統(tǒng)：空氣系統(tǒng)代替常規(guī)尾槳，該系統(tǒng)由進氣口、噴氣口、壓力風(fēng)扇、帶縫尾梁等組成(1)壓力風(fēng)扇位于主減速器后，由尾傳動軸帶動，風(fēng)扇葉片的角度可調(diào)，與油門總距桿聯(lián)動(2)尾梁后部有一個可轉(zhuǎn)動的排氣罩與腳蹬聯(lián)動無人直升機結(jié)構(gòu)尾槳無尾槳系統(tǒng)：(3)工作時風(fēng)扇使空氣增壓并沿空心的尾梁向后流動(4)飛行過程中，一部分壓縮空氣從尾梁側(cè)面的兩道細長縫中排出，和旋翼下洗氣流一起形成不對稱氣流，使尾梁一側(cè)產(chǎn)生吸力；另一部分壓縮空氣由尾部的噴口噴出，產(chǎn)生側(cè)向力無人直升機結(jié)構(gòu)起落裝置作用：1.吸收著陸時的沖擊能量，減小著陸時撞擊引起的過載，保證在整個使用過程中不發(fā)生“地面共振”2.使直升機具有在地面運動的能力，減少滑行時由于地面不平而產(chǎn)生的撞擊與顛簸§3無人直升機的優(yōu)點無人直升機的優(yōu)點方便維護無尾槳結(jié)構(gòu)由于上下旋翼反向旋轉(zhuǎn)，形成了直升機水平方向的力矩平衡，所以雙槳共軸直升機不需要尾槳來平衡直升機水平方向上的力矩共軸式直升機取消了尾槳，可節(jié)省尾槳所耗用的額外功率無人直升機的優(yōu)點氣動特性對稱使用相同發(fā)動機的情況下，兩副共軸式旋翼的升力比單旋翼/尾槳布局的旋翼升力大12%共軸式旋翼不存在各軸之間互相交連的影響，機動飛行時易于操縱，改變航向時容易保持飛行高度無人直升機的優(yōu)點外廓尺寸緊湊提供同樣升力，雷達識別特征和目視識別特征小，便于隱蔽受彈面小，戰(zhàn)斗損傷概率小共軸雙槳的機身短，受側(cè)風(fēng)影響較小共軸雙槳的振動由于兩副反轉(zhuǎn)的旋翼對消，平穩(wěn)性和懸停性好共軸雙槳在同等升力下，旋翼直徑較小，直升機總尺寸較緊湊，適合海軍上艦的需要無人直升機的優(yōu)點共軸式直升機國際無人直升機發(fā)展方向趨于認同共軸式直升機，它在相同級別的發(fā)動機下，有效載荷較單槳直升機更大，更安全，體積相對較小，也便于更小的場地起降，適合更小的地面車輛進行運載無人直升機的優(yōu)點共軸式直升機沈陽通飛航空科技的直升機采用同軸雙層主旋翼反向轉(zhuǎn)動工作方式，在為直升機提供升力的同時，克服了單旋翼直升機的反扭力，使飛行姿態(tài)更穩(wěn)定，可避免傳統(tǒng)直升機發(fā)動機15%的尾槳功率損耗、急轉(zhuǎn)彎時的打槳意外，比傳統(tǒng)單旋翼直升機的安全性增加400%§4無人直升機的缺點無人直升機的優(yōu)點共軸雙槳直升機共軸雙槳用套筒軸驅(qū)動上下兩副反轉(zhuǎn)的旋翼，有串列雙槳的下旋翼之間的間距問題1.間距小：上下旋翼互相妨礙2.間距大：阻力高，對驅(qū)動軸的剛度要求高，而大功率的套筒軸在機械上難度很大無人直升機的優(yōu)點共軸雙槳直升機現(xiàn)役直升機采用“柔性槳葉”為了補償左右的升力不均勻、減少槳葉疲勞，在翼根采用容許槳葉載回轉(zhuǎn)過程中上下?lián)]舞的揮舞鉸柔性槳葉在旋轉(zhuǎn)中容許上下?lián)]動和前后擺動第八課時垂直起降固定翼無人機目錄/CONTENTS§2垂直起降固定翼無人機分類§3垂直起降固定翼無人機發(fā)展趨勢§1垂直起降固定翼無人機簡介§1垂直起降固定翼無人機簡介垂直起降固定翼無人機簡介垂直起降固定翼無人機簡介定義：同時融合多旋翼垂直起降和固定翼巡航飛行的新型無人機優(yōu)點：1.減少飛行器對跑道的依賴2.執(zhí)行多樣化的飛行任務(wù)，減少綜合使用成本垂直起降固定翼無人機簡介發(fā)展前景以直升機方式垂直起降，以固定翼方式巡航前飛與傳統(tǒng)直升機相比：前飛速度快、航程遠、航時長與常規(guī)固定翼飛行器相比：能夠定點起降和懸停，對機場跑道沒有依賴，任務(wù)能力顯著增強無人機無需考慮飛行員的生命保障、生理極限等問題，將垂直起降技術(shù)應(yīng)用于無人機領(lǐng)域?qū)⒏鼮殪`活，且更容易實現(xiàn)垂直起降固定翼無人機簡介發(fā)展前景起降場地要求低，無需跑道，無進場障礙物問題，無需發(fā)射回收系統(tǒng)機動靈活、使用性好，系統(tǒng)簡單，附加設(shè)備少，運輸和使用維護方便，操作人員少成本費用較低垂直起降固定翼無人機簡介優(yōu)勢與直升機相比：廉價、高可靠、續(xù)航時間長與多旋翼飛行器相比：續(xù)航時間長、抗風(fēng)性能好、飛行速度高、任務(wù)覆蓋面積大與常規(guī)固定翼飛機相比：不需要跑道、使用范圍廣、使用費用低與傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器相比：動力系統(tǒng)設(shè)計簡單、結(jié)構(gòu)可靠性更高§2垂直起降固定翼無人機分類垂直起降固定翼無人機分類傾轉(zhuǎn)旋翼機具有明顯的機翼，一般與機身固連，機身可以水平停放旋翼系統(tǒng)：通過推力輸出在鉛垂方向和水平方向之間的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)垂直起降或水平飛行具有垂直起降和空中懸停能力、高速巡航飛行能力螺旋槳固定翼模式效率較低，死重較大垂直起降固定翼無人機分類動力復(fù)合式垂直起降無人機采用垂直起降和水平飛行推進系統(tǒng)分離的方案機身外部四周安裝四套電機螺旋槳推進系統(tǒng)作為垂直起降動力機身頭部或尾部安裝一套電機螺旋槳推進系統(tǒng)作為平飛續(xù)航動力垂直起降固定翼無人機分類動力復(fù)合式垂直起降無人機技術(shù)可實現(xiàn)性好，遠髙于尾坐式、傾轉(zhuǎn)旋翼、涵道升力風(fēng)扇等其他垂直起降技術(shù)作為一種新型髙效低成本垂直起降飛行器，能夠滿足用戶的各種需求，預(yù)期市場需求巨大，發(fā)展前景廣闊垂直起降固定翼無人機分類復(fù)合傾轉(zhuǎn)式垂直起降無人機機身或者機翼上安裝多個升力旋翼，為垂直起降提供鉛垂方向的推力水平飛行階段將部分升力旋翼進行傾轉(zhuǎn)，以克服平飛狀態(tài)時的機身阻力其余升力旋翼在水平飛行階段保持原狀并關(guān)閉動力，帶來廢重升力旋翼的槳徑也受到機身尺寸的限制垂直起降固定翼無人機分類復(fù)合傾轉(zhuǎn)式垂直起降無人機垂直起降階段的升力由三個螺旋槳提供機身尾部的螺旋槳在水平飛行階段時不工作，帶來死重垂直起降階段，機頭兩側(cè)的旋翼產(chǎn)生鉛錘向上的升力用于保證無人機的垂直起降和空中懸停水平飛行階段，機頭兩側(cè)的旋翼向前傾轉(zhuǎn)90度產(chǎn)生向前的拉力用于克服無人機在水平飛行狀態(tài)的阻力§3垂直起降固定翼無人機發(fā)展趨勢垂直起降固定翼無人機發(fā)展趨勢概述更高的飛行速度、更長的續(xù)航時間、更強的任務(wù)載荷能力傾轉(zhuǎn)旋翼式和尾座式是軍民用無人機的主流，追求高效懸停、高速和遠程能力是技術(shù)研發(fā)的主要任務(wù)新熱點：發(fā)展基于分布式電推進的技術(shù)探索垂直起降固定翼無人機新構(gòu)型、新原理十分必要垂直起降固定翼無人機發(fā)展趨勢傾轉(zhuǎn)旋翼式和尾座式垂直起降固定翼無人機主流構(gòu)型現(xiàn)有技術(shù)無法滿足應(yīng)用需求，需主要在先進旋翼系統(tǒng)設(shè)計、旋翼/機翼氣動干擾、高可靠傾轉(zhuǎn)傳動系統(tǒng)技術(shù)、系統(tǒng)建模技術(shù)、飛行控制技術(shù)等方面進行突破創(chuàng)新垂直起降固定翼無人機發(fā)展趨勢分布式電推進技術(shù)2016年VXP項目中極光公司雷擊方案勝出，“分布式電推進技術(shù)”是近幾年航空領(lǐng)域發(fā)展新熱點將飛行器總體、動力、氣動等進行綜合，充分利用電推進動力單元高可靠、易分配、尺度無關(guān)特性，簡化全機設(shè)備布置，有效提高了無人機的氣動特性垂直起降固定翼無人機發(fā)展趨勢分布式電推進技術(shù)優(yōu)勢：增加載運量，提高升阻比以及降低油耗、尾氣排放量和低噪聲等可按照需求對機翼升力分布進行調(diào)整，如在巡航階段實現(xiàn)橢圓形升力分布，從而使飛機具有更良好的氣動效率等垂直起降固定翼無人機發(fā)展趨勢分布式電推進技術(shù)可通過差量控制實現(xiàn)動力的矢量運轉(zhuǎn)，控制模式更多樣和直接與全機融合度高，采用多個小尺寸動力單元不會引起重量的增加，且單個動力在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都能保持較高效率，極大地提升了飛行器設(shè)計空間垂直起降固定翼無人機發(fā)展趨勢分布式電推進技術(shù)優(yōu)勢：提高巡航效率，增大航時、航程減小垂直起降和巡航平飛階段需用功率之間差異，實現(xiàn)動力/氣動最優(yōu)匹配增強飛行控制能力，提高控制冗余度和魯棒性垂直起降固定翼無人機發(fā)展趨勢分布式電推進技術(shù)電力系統(tǒng)技術(shù)是支撐分布式電推進技術(shù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)需要可靠性更高、效率更高、質(zhì)量更輕的分布式電推進系統(tǒng)分布式動力與機體耦合程度更高，氣動干擾顯著，應(yīng)依據(jù)分布式電推進動力/氣動強耦合特征開展研究分布式動力配置為飛行器高效控制帶來了更高的設(shè)計自由度垂直起降固定翼無人機發(fā)展趨勢新構(gòu)型與新原理完全依靠發(fā)動機推力來提供上升力，要求無人機動力推力與重量之比（推重比）大于1固定翼飛行模式下，需用推重比一般在0.1~0.3左右問題：垂直起降/巡航雙模態(tài)發(fā)動機功率不匹配、巡航狀態(tài)動力極度富余、發(fā)動機無法工作在最佳狀態(tài)解決方法：需要以“最小動力代價”實現(xiàn)垂直起降第九課時無人機的動力系統(tǒng)目錄/CONTENTS§2動力裝置的系統(tǒng)組成§3燃油發(fā)動機§1無人機的動力系統(tǒng)§1無人機的動力系統(tǒng)無人機的動力系統(tǒng)發(fā)動機以及保證發(fā)動機正常工作所必需的系統(tǒng)和附件的總和無人機最重要的關(guān)鍵系統(tǒng)，性能品質(zhì)影響無人機的飛行安全核心設(shè)備：發(fā)動機，能夠把其他形式的能轉(zhuǎn)化為機械能，進而產(chǎn)生拉力或推力無人機的動力系統(tǒng)發(fā)動機分類：燃油類發(fā)動機、電動機、油電混合動力系統(tǒng)主流民用無人機的動力系統(tǒng)通常采用燃油類發(fā)動機為動力的油動系統(tǒng)、以電池為能源的電動系統(tǒng)油電混合系統(tǒng)更多應(yīng)用于汽車中，在無人機領(lǐng)域較少應(yīng)用無人機的動力系統(tǒng)電動無人機以電動機作為動力來源，采用直流電動機作為驅(qū)動螺旋槳旋轉(zhuǎn)電動機運轉(zhuǎn)所需的能量由聚合物鋰電池或新能源方式提供優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、故障率低、維護簡便、無空氣污染缺點：載重小、續(xù)航時間短、電池消耗大等。無人機的動力系統(tǒng)油動無人機動力來源：燃油發(fā)動機（航空發(fā)動機）發(fā)動機類型：活塞式發(fā)動機、燃氣渦輪式發(fā)動機燃氣渦輪式發(fā)動機的分類：渦輪噴氣式發(fā)動機、渦輪風(fēng)扇發(fā)動機、渦輪螺旋槳發(fā)動機、渦輪軸發(fā)動機無人機的動力系統(tǒng)油動無人機優(yōu)點：1.載重能力強，適合中型、大型或重型無人機2.續(xù)航時間不受限制，主要取決于機上攜帶的油量無人機的動力系統(tǒng)發(fā)動機品質(zhì)發(fā)動機的基本功用：為無人機提供持續(xù)的動力，以確保重于空氣的無人機能夠穩(wěn)定、可控、持續(xù)地在空中飛行主要指標(biāo)：性能參數(shù)、可靠性、耐久性無人機的動力系統(tǒng)發(fā)動機品質(zhì)功率質(zhì)量比大保證發(fā)動機功率足夠大且質(zhì)量輕功率質(zhì)量比越大，表明發(fā)動機產(chǎn)生1馬力的功率所負擔(dān)的發(fā)動機自身質(zhì)量越小，發(fā)動機越輕無人機的動力系統(tǒng)發(fā)動機品質(zhì)耗能小耗電（油）率評定發(fā)動機的經(jīng)濟性耗電（油）率：單位功率在1h內(nèi)所耗電的度數(shù)或油料的質(zhì)量一定的飛行條件下，發(fā)動機耗能率越低，運行成本越低，經(jīng)濟性越好無人機的動力系統(tǒng)發(fā)動機品質(zhì)體積小應(yīng)在保證功率不減小的前提下，力求體積較小，以減小飛行中的空氣阻力，并減輕發(fā)動機質(zhì)量無人機的動力系統(tǒng)發(fā)動機品質(zhì)工作安全可靠無人機在空中的飛行安全，由其各組成部分可靠的工作保證描述發(fā)動機可靠性的參數(shù):空中停車率（發(fā)動機空中停車數(shù)/每千飛行小時）無人機的動力系統(tǒng)發(fā)動機品質(zhì)壽命長壽命長可降低使用成本、節(jié)約原材料發(fā)動機壽命：翻修壽命、總壽命翻修壽命：發(fā)動機制造廠商規(guī)定的從發(fā)動機出廠到一次翻修或者兩次翻修之間的使用期限總壽命：指發(fā)動機經(jīng)過若干次翻修后停止使用時的使用期限無人機的動力系統(tǒng)發(fā)動機品質(zhì)維護方便日常維護方便可提高維護質(zhì)量，確保發(fā)動機隨時處于安全可靠狀態(tài)降低維護成本，對發(fā)動機的設(shè)計、制造都應(yīng)有相應(yīng)要求§2動力裝置的系統(tǒng)組成動力裝置的系統(tǒng)組成動力裝置的系統(tǒng)組成電動機類型:無刷直流電動機（無刷電機）、空心杯有刷直流電動機（有刷電機）車模用電機全部為內(nèi)轉(zhuǎn)子電機，靠里面圓形轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動動力裝置的系統(tǒng)組成有刷電機將磁鐵固定在電機外殼或者底座為定子，將線圈繞組為轉(zhuǎn)子碳刷：與繞組上的銅頭接觸，讓電機得以轉(zhuǎn)動高速轉(zhuǎn)動時帶來碳刷的磨損，更換碳刷后需要讓碳刷與銅頭的接觸面積最大化，提高電機的轉(zhuǎn)速/扭矩動力裝置的系統(tǒng)組成無刷電機將線圈繞在定子上，把磁鐵做成轉(zhuǎn)子，取消碳刷利用無刷電調(diào)，給線圈組對應(yīng)地供電以產(chǎn)生相應(yīng)的磁場，實現(xiàn)不停地驅(qū)動磁鐵轉(zhuǎn)子保持轉(zhuǎn)動動力裝置的系統(tǒng)組成無刷直流電動機系統(tǒng)無刷直流電動機：外轉(zhuǎn)子電動機，沒有電刷2.電子調(diào)速器（ESC）：控制電動機的轉(zhuǎn)速3.電池：給電動機供電，無人機常用聚合物鋰電池、燃料電池4.平衡充電器：無人機電池的電流極大，專用電池必須用平衡充電器進行充電動力裝置的系統(tǒng)組成空心杯有刷直流電動機系統(tǒng)MOS管：驅(qū)動電路電池：鋰電池用給電動機充電平衡充電器：給專用電池充電§3燃油發(fā)動機燃油發(fā)動機航空發(fā)動機為無人機提供動力的燃油發(fā)動機主要有航空活塞發(fā)動機和渦輪發(fā)動機兩大類作用：將燃油的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為機械能燃油發(fā)動機啟動點火系統(tǒng)燃油發(fā)動機不能自主點火啟動，必須先由其他能源帶動發(fā)動機旋轉(zhuǎn)常用的啟動動力源：電動機、壓縮空氣小功率燃油發(fā)動機所需功率小，采用啟動電動機大功率燃油發(fā)動機，采用壓縮空氣燃油發(fā)動機發(fā)動機固定裝置將發(fā)動機固定在無人機機體上的部件系統(tǒng)無人機的受力結(jié)構(gòu)之一作用：支撐龐大的發(fā)動機結(jié)構(gòu)、承擔(dān)無人機的動力傳輸燃油發(fā)動機燃油系統(tǒng)與滑油系統(tǒng)燃油系統(tǒng)：存貯和向航空發(fā)動機的油泵供給燃油，保證發(fā)動機正常工作滑油系統(tǒng)：由帶過濾裝置的滑油箱、導(dǎo)管和空氣滑油散熱器組成，向發(fā)動機供給需用的滑油，并進行過濾和散熱，保證滑油循環(huán)使用燃油發(fā)動機發(fā)動機散熱裝置無人機發(fā)動機散熱方式：風(fēng)冷式、液冷式目前基本采用風(fēng)冷燃油發(fā)動機防火和滅火裝置包括防火墻、預(yù)警和滅火系統(tǒng)防火墻：設(shè)置在發(fā)動機艙周圍的防火隔板預(yù)警系統(tǒng)：向駕駛員指示發(fā)生火情的部位，以便及時妥善處置滅火系統(tǒng)：自動撲滅火情于萌芽狀態(tài)，保證飛行安全燃油發(fā)動機進氣和排氣裝置包括進氣道、排氣管和噴口燃油發(fā)動機附件傳動裝置將發(fā)動機轉(zhuǎn)子的功率、轉(zhuǎn)速傳輸?shù)礁郊Ⅱ?qū)動附件以一定的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向工作的齒輪輪系及傳動軸的組合體第十課時活塞式發(fā)動機目錄/CONTENTS§2航空活塞式發(fā)動機的構(gòu)造§3航空活塞式發(fā)動機的工作原理§1活塞式發(fā)動機的分類§1活塞式發(fā)動機的分類活塞式發(fā)動機的分類根據(jù)工作原理分類：二沖程發(fā)動機、四沖程發(fā)動機按混合氣形成的方式分類：汽化器式發(fā)動機、直接噴射式發(fā)動機汽化器式發(fā)動機裝有汽化器，燃料和空氣預(yù)先在汽化器內(nèi)混合好，然后再進入發(fā)動機氣缸內(nèi)燃燒直接噴射式發(fā)動機裝有直接噴射裝置，燃料由直接噴射裝置直接噴入氣缸，然后同空氣在氣缸內(nèi)混合形成混合氣活塞式發(fā)動機的分類按發(fā)動機冷卻方式分類：氣冷式發(fā)動機、液冷式發(fā)動機氣冷式發(fā)動機：直接利用迎面氣流冷卻氣缸，氣缸暴露并設(shè)計散熱片的液冷式發(fā)動機：利用循環(huán)流動的冷卻液冷卻氣缸,由冷卻液把吸收的熱量耗散到周圍的大氣中活塞式發(fā)動機的分類按照汽缸的排列形式分類：星形、直列式直列式發(fā)動機：汽缸呈列隊式前后排列，汽缸在機匣的左右兩側(cè)各排成一行星形發(fā)動機：汽缸排列呈輻射狀，分為單排星形和雙排星形活塞式發(fā)動機活塞式發(fā)動機的分類按空氣進入氣缸前是否增壓分類：吸氣式發(fā)動機、增壓式發(fā)動機吸氣式發(fā)動機：工作時外界空氣被直接吸入氣缸，多用于飛行高度較低的飛機增壓式發(fā)動機：裝有增壓器，外界空氣經(jīng)過增壓器提高壓力，然后進入缸，多用于飛行高度較高的飛機航空活塞式發(fā)動機§2航空活塞式發(fā)動機的構(gòu)造航空活塞式發(fā)動機的構(gòu)造無人機向前飛行的拉力由發(fā)動機帶動的螺旋漿產(chǎn)生航空活塞發(fā)動機航空活塞式發(fā)動機的構(gòu)造主要機件包括汽缸、活塞、連桿、曲軸、氣門機構(gòu)和機匣汽缸：呈圓筒形，固定在機匣上活塞：裝在汽缸里面，并通過連桿和曲軸相連，曲軸由機匣支承曲軸：與螺旋漿軸相連航空活塞式發(fā)動機的構(gòu)造氣門機構(gòu)：由進氣門、排氣門以及凸輪盤（或凸輪軸）、挺桿、推桿、搖臂等傳動機件組成汽缸：混合氣進行燃燒并將燃料燃燒釋放出來的熱能轉(zhuǎn)換為機械能的場地主要機件航空活塞式發(fā)動機的構(gòu)造活塞在汽缸內(nèi)作往復(fù)運動，燃氣的壓力作用在活塞的頂面上，活塞被推做功，最終用來帶動螺旋漿旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生拉力,使飛機前進活塞在汽缸內(nèi)只能作直線運動，必須把活塞的直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)槁菪龢男D(zhuǎn)運動，由連桿和曲軸完成活塞、連桿和曲軸這三個在運動中密切關(guān)聯(lián)的機件，通常又合稱為曲拐機構(gòu)主要機件航空活塞式發(fā)動機的構(gòu)造氣門：1.控制氣門的開啟和關(guān)閉，以保證新鮮混合氣（或空氣）在適當(dāng)?shù)臅r機進入汽缸2.保證燃燒做功后的廢氣適時地從汽缸排出。機匣是發(fā)動機的殼體，機匣：安裝汽缸和支撐曲軸、連接發(fā)動機的機件主要機件航空活塞式發(fā)動機的構(gòu)造附件工作系統(tǒng)燃油系統(tǒng)不斷供給發(fā)動機適當(dāng)數(shù)量的燃油，并將燃油霧化，同空氣均勻混合形成可燃混合氣點火系統(tǒng)在適當(dāng)?shù)臅r刻產(chǎn)生電火花，點燃汽缸內(nèi)的混合氣滑油系統(tǒng)不斷地將滑油送到各機件的摩擦面進行潤滑，以減小摩擦阻力，減輕機件的磨損航空活塞式發(fā)動機的構(gòu)造冷卻系統(tǒng)把汽缸的一部分熱量散發(fā)到大氣中去，保證汽缸的溫度正常啟動系統(tǒng)發(fā)動機啟動時，將曲軸轉(zhuǎn)動起來，使發(fā)動機從靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)人正常工作附件工作系統(tǒng)§3航空活塞式發(fā)動機的工作原理航空活塞式發(fā)動機的工作原理航空活塞發(fā)動機將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，由活塞運動的幾個行程完成四行程發(fā)動機：活塞運動四個行程完成一個工作循環(huán)的發(fā)動機二行程發(fā)動機：活塞運動兩個行程完成一個工作循環(huán)的發(fā)動機航空活塞式發(fā)動機的工作原理上死點：活塞頂距曲軸旋轉(zhuǎn)中心的最遠距離的位置下死點：活塞頂距曲軸旋轉(zhuǎn)中心的最近距離的位置曲軸轉(zhuǎn)角：曲臂中心線與汽缸中心線的夾角基本名詞航空活塞式發(fā)動機的工作原理

基本名詞航空活塞式發(fā)動機的工作原理

基本名詞航空活塞式發(fā)動機的工作原理每完成一個循環(huán)，活塞在上死點與下死點之間往返兩次，連續(xù)地移動四個行程四行程發(fā)動機航空活塞式發(fā)動機的工作原理進氣行程作用：使汽缸內(nèi)充滿新鮮混合氣進氣行程開始時，活塞位于上死點，進氣門打開，排氣門關(guān)閉，活塞在曲軸的帶動下，由上死點向下死點運動，汽缸容積不斷增大,新鮮混合氣被吸入汽缸曲軸轉(zhuǎn)動180°，活塞到達下死點，進氣門關(guān)閉，進氣行程結(jié)束四行程發(fā)動機航空活塞式發(fā)動機的工作原理壓縮行程作用：對汽缸內(nèi)的新鮮混合氣進行壓縮，為混合氣燃燒后膨脹做功創(chuàng)造條件壓縮行程開始時，活塞位于下死點，進、排氣門關(guān)閉活塞在曲軸的帶動下由下死點向上死點運動，汽缸容積不斷縮小，混合氣受到壓縮，氣體的溫度和壓力不斷升高當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)半圈，活塞到達上死點時，壓縮行程結(jié)束四行程發(fā)動機航空活塞式發(fā)動機的工作原理膨脹行程作用：使燃料的熱能轉(zhuǎn)換為機械能膨脹行程開始時，活塞位于上死點，進、排氣門關(guān)閉燃燒后的高溫高壓燃氣猛烈膨脹，推動活塞，使活塞從上死點向下死點運動汽缸容積不斷增大，燃氣的壓力、溫度不斷降低，熱能不斷轉(zhuǎn)換為機械能當(dāng)活塞到達下死點，曲軸旋轉(zhuǎn)了半圈，膨脹行程結(jié)束四行程發(fā)動機航空活塞式發(fā)動機的工作原理排氣行程作用：將廢氣排出汽缸，以便再次充入新鮮混合氣開始，活塞位于下死點，排氣門打開，進氣門仍關(guān)閉活塞被曲軸帶動，由下死點向上死點運動，廢氣被排出汽缸曲軸轉(zhuǎn)過半圈，活塞到達上死點時，排氣行程結(jié)束，排氣門關(guān)閉四行程發(fā)動機航空活塞式發(fā)動機的工作原理排氣行程結(jié)束后，重復(fù)進行進氣、壓縮、膨脹和排氣行程活塞發(fā)動機每完成一個工作循環(huán)，曲軸轉(zhuǎn)動兩圈進、排氣門各開關(guān)一次，點火一次，氣體膨脹做功一次活塞在四個行程運動中，只有膨脹行程獲得機械功，其余三個行程都要消耗一部分功，剩余功用于帶動附件和螺旋漿轉(zhuǎn)動四行程發(fā)動機第十一課時航空用活塞發(fā)動機的特性目錄/CONTENTS§2螺旋槳特性§4增壓特性§3高度特性§1負荷特性§1負荷特性老式活塞飛機發(fā)動機啟動合集負荷特性吸氣式發(fā)動機負荷特性：節(jié)氣門全開時，發(fā)動機的有效功率和有效燃油消耗率隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律由圖可以看出，當(dāng)轉(zhuǎn)速由較小轉(zhuǎn)速增大時，有效功率增大，而后隨著轉(zhuǎn)速的增大而減小，且燃油消耗率隨轉(zhuǎn)速的一直增大負荷特性增壓式發(fā)動機負荷特性：進氣壓力保持為最大時，發(fā)動機的有效功率和有效燃油消耗率隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律§2螺旋槳特性螺旋槳特性發(fā)動機的螺旋槳特性：當(dāng)發(fā)動機帶動定距螺旋漿工作時，發(fā)動機的有效功率和有效燃油消耗率隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律螺旋槳特性吸氣式發(fā)動機的螺旋漿特性有效功率隨轉(zhuǎn)速的增大而增大，燃油消耗率隨轉(zhuǎn)速的增大而先減小后增大負荷特性增壓式發(fā)動機轉(zhuǎn)速增大時，有效功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比地增大，燃油消耗率隨轉(zhuǎn)速的增大，也是先減小再增大發(fā)動機在巡航狀態(tài)工作時經(jīng)濟性最好負荷特性發(fā)動機的幾個工作狀態(tài)起飛工作狀態(tài)。定義：起飛時為了最大限度地縮短起飛滑跑距離，發(fā)動機所采用的工作狀態(tài)發(fā)動機在起飛工作狀態(tài)所輸出的功率和所使用的轉(zhuǎn)速分別稱為起飛功率（最大功率）和起飛轉(zhuǎn)速（最大轉(zhuǎn)速）發(fā)動機在起飛狀態(tài)下連續(xù)工作時間一般不得超過5min額定工作狀態(tài)。定義：設(shè)計時所規(guī)定的發(fā)動機的基準(zhǔn)工作狀態(tài)額定轉(zhuǎn)速：設(shè)計發(fā)動機進行熱力計算時所依據(jù)的轉(zhuǎn)速額定功率：額定轉(zhuǎn)速和油門稍為關(guān)小的情況下發(fā)動機所輸岀的功率，比油門全開時發(fā)動機所輸出的功率小5%～15%螺旋槳特性發(fā)動機的幾個工作狀態(tài)巡航工作狀態(tài)定義：飛機作巡航飛行時，發(fā)動機所使用的工作狀態(tài)巡航功率一般為額定功率的50%～75%慢車工作狀態(tài)定義：發(fā)動機保持穩(wěn)定工作的最小轉(zhuǎn)速工作狀態(tài)發(fā)動機發(fā)出的功率最小，燃油消耗率最低§3高度特性高度特性吸氣式發(fā)動機高度特性：在節(jié)氣門全開、混合氣的余氣系數(shù)保持不變、提前點火角保持在最有利數(shù)值的條件下獲得裝有變距螺旋漿的吸氣式發(fā)動機，當(dāng)高度變化時可利用螺旋槳變距來保持轉(zhuǎn)速不變高度特性吸氣式發(fā)動機裝有定距螺旋漿的吸氣式發(fā)動機的高度升高時，由于槳葉角不能改變，轉(zhuǎn)速減小，發(fā)動機有效功率與轉(zhuǎn)速不變時相比，降低得更快吸氣式發(fā)動機在高度升高時，不僅有效功率迅速減小，經(jīng)濟性也變差，不適用于高空飛行高度特性增壓式發(fā)動機在額定高度以下，隨著高度的升高，有效功率一直增大，燃油消耗率則不斷減小在額定高度以上，隨著高度的升高，有效功率一直減小，燃油消耗率則不斷增大高度特性增壓式發(fā)動機帶廢氣渦輪的增壓式發(fā)動機，從地面到額定高度范圍，借關(guān)小節(jié)氣門來保持進氣壓力不變超過額定高度以后，廢氣渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速保持不變，進氣壓力即隨高度的升高而減小高度特性增壓式發(fā)動機同時采用廢氣渦輪增壓器的發(fā)動機，額定高度可達10000～14000m采用二速傳動式增壓器的發(fā)動機，其額定高度不超過6000～7000m廢氣渦輪增壓式發(fā)動機的構(gòu)造復(fù)雜、質(zhì)量較大，在飛行高度不高的飛機上不宜采用高度特性飛行速度對高度特性的影響飛機飛行時，相對氣流以與飛行速度相等的速度流過飛機，相對氣流具有很大的動能，可用來提髙空氣的壓力，以增大發(fā)動機的功率沖壓：空氣流入進氣口以后，在通道內(nèi)速度降低，壓力提高，飛行度越大，獲得的沖壓也越大高度特性飛行速度對高度特性的影響對于吸氣式發(fā)動機，由于飛行時有了沖壓，充填量增大，引起發(fā)動機的指示功率增大，而阻力功率基本沒有改變，故與不計人沖壓相比有效功率增大，同時機械效率提高，燃油消耗率減小高度特性飛行速度對高度特性的影響對于增壓式發(fā)動機，由于有了沖壓，增壓葉輪進口處空氣的壓力提高，為了使進氣壓力不超過額定值，就要相應(yīng)地關(guān)小節(jié)氣門有沖壓時，發(fā)動機的額定高度將會提髙飛行速度越大，額定高度提高得越多§4增壓特性增壓特性增壓式發(fā)動機增壓特性：保持轉(zhuǎn)速不變的條件下，有效功率和燃油消耗率隨進氣壓力變化的規(guī)律當(dāng)轉(zhuǎn)速保持不變時，有效功率隨著進氣壓力的增大而一直增大，燃油消耗率則隨著進氣壓力的增大先減小后增大第十二課