《無人機(jī)操作基礎(chǔ)與實(shí)戰(zhàn)》課件第5章 飛行前的準(zhǔn)備

第5章飛行前的準(zhǔn)備根據(jù)地形特征，正確判斷和描述起降和執(zhí)行任務(wù)空間的地形地貌。能夠說明地形特征參數(shù)，確保完成任務(wù)。測量和收集起降場地和作業(yè)區(qū)的氣象信息。航路規(guī)劃的方法。地面站設(shè)備的使用方法。本章的主要內(nèi)容信息準(zhǔn)備

1、起飛場地的選取距離軍用、商用機(jī)場須在10km以上；起降場地相對平坦、通視良好；遠(yuǎn)離人口密集區(qū)，半徑200m范圍內(nèi)不能有高壓線、高大建筑物、重要設(shè)施等；起降場地地面應(yīng)無明顯凸起的巖石塊、土坎、樹樁，也無水塘、大溝渠等；附近應(yīng)該沒有正在使用的雷達(dá)站、微波中繼、無限通信等干擾源，在不能確定的情況下，應(yīng)測試信號的頻率和強(qiáng)度，如對系統(tǒng)設(shè)備有干擾，須改變起降場地；無人機(jī)采用滑跑起飛、滑行降落的，滑跑路面條件應(yīng)滿足其性能指標(biāo)要求。對于應(yīng)急作業(yè)，比如：災(zāi)害調(diào)查與監(jiān)測等應(yīng)急性質(zhì)的航攝作業(yè)，在保證飛行安全的前提下，起降場地要求可適當(dāng)放寬。2、氣象情報的采集（1）風(fēng)對飛行的影響。風(fēng)對飛行的影響最大。其次是溫度、能見度和濕度。順風(fēng)是指風(fēng)的運(yùn)動方向與飛機(jī)起飛運(yùn)動方向一致的風(fēng)。這種情況下起飛是非常危險的，因?yàn)闊o人機(jī)的方向控制只能靠方向舵完成，而方向舵上沒有風(fēng)就無法正確控制方向，容易造成飛行事故。逆風(fēng)是指風(fēng)的運(yùn)動方向與飛機(jī)起飛運(yùn)動方向相反的風(fēng)。這種情況下起飛時非常安全的，因?yàn)闊o人機(jī)的方向控制只能靠方向舵完成，而方向舵上有風(fēng)就容易正確控制方向。信息準(zhǔn)備

2、氣象情報的采集（1）風(fēng)對飛行的影響。風(fēng)對飛行的影響最大。

側(cè)風(fēng)是從側(cè)面吹來的風(fēng)。飛機(jī)降落時如遇到側(cè)風(fēng)劇變，或會偏離跑道中線。近半數(shù)飛行事故是側(cè)風(fēng)造成的。在側(cè)風(fēng)情況下，要不斷地調(diào)整飛行姿態(tài)和飛行方向，而且盡量向逆風(fēng)方向調(diào)整，即在起飛階段，飛機(jī)離開地面后，向逆風(fēng)方向轉(zhuǎn)彎飛行。

風(fēng)切變它是指風(fēng)速和風(fēng)向在空間或時間上的梯度；它是在相對小的空間里的風(fēng)速或風(fēng)向的改變。風(fēng)切變對飛行的影響有：順風(fēng)風(fēng)切變會使空速減小，逆風(fēng)風(fēng)切變會使空速增加，側(cè)風(fēng)風(fēng)切變會使飛機(jī)產(chǎn)生側(cè)滑和傾斜，垂直風(fēng)切變會使飛機(jī)迎角變化?？偟膩碚f，風(fēng)切變會使飛機(jī)的升力、阻力、過載和飛行軌跡、飛行姿態(tài)發(fā)生變化。信息準(zhǔn)備

2、氣象情報的采集（2）上升氣流與下降氣流。

空氣出現(xiàn)湍流的情況時往往沒有明顯的規(guī)律可循。氣流在地勢高低起伏的地方會產(chǎn)生動力效應(yīng)：在迎風(fēng)坡上升（利于延長飛行持續(xù)時間），然后下降，甚至突然下降并轉(zhuǎn)向。在山區(qū)、濱海的沙丘和懸崖邊飛行時，應(yīng)該注意這種現(xiàn)象。（3）云和雨。

無人機(jī)對一個“魔鬼”敬而遠(yuǎn)之，此“魔鬼”就是積雨云。這種云形如鐵砧，預(yù)示著暴雨即將來臨。積雨云通常伴隨驟雨、冰雹、強(qiáng)風(fēng)。所有飛機(jī)都要避開積雨云，躲開強(qiáng)勁的氣旋，以免導(dǎo)致飛機(jī)失控。積雨云的影響范圍達(dá)到10公里以上，等積雨云遠(yuǎn)離后再讓無人機(jī)起飛，才是穩(wěn)妥的做法。云是無人機(jī)的敵人，它會讓操作者看不到無人機(jī)，也會遮蔽入侵者。

冬天，云層通常很低，應(yīng)對方法------關(guān)注航空天氣預(yù)報，可以根據(jù)天氣預(yù)報做好安全防范。信息準(zhǔn)備

2、氣象情報的采集（4）氣象情報的采集。

風(fēng)速的檢測。在氣象學(xué)中特指空氣在水平方向的流動，即單位時間內(nèi)空氣移動的水平距離，以m/s為單位，取一位小數(shù)。最大風(fēng)速是指在某個時段內(nèi)出現(xiàn)的最大10min平均風(fēng)速值；極大風(fēng)速（陣風(fēng)）是指某個時間內(nèi)出現(xiàn)的最大瞬時風(fēng)速值；瞬時風(fēng)速是指3S的平均風(fēng)速。風(fēng)速可以用風(fēng)速儀測出，風(fēng)速分12級，1級風(fēng)是軟風(fēng)，12級風(fēng)是颶風(fēng)，見下表。一般大于4級風(fēng)（和風(fēng)），就不適宜無人機(jī)的飛行。信息準(zhǔn)備

2、氣象情報的采集風(fēng)速表信息準(zhǔn)備

風(fēng)級風(fēng)速（m/s）風(fēng)向參照物現(xiàn)象00～0.2無風(fēng)煙直上10.3~1.5軟風(fēng)樹葉微動，煙能表示方向21.6~3.3輕風(fēng)樹葉微響，人面感覺有風(fēng)33.4~5.4微風(fēng)樹葉和細(xì)枝搖動不息，旗能展開45.5~7.9和風(fēng)能吹氣灰塵、紙片，小樹枝搖動58.0~10.7清風(fēng)有時小樹搖擺，內(nèi)陸水面有小波610.8~13.8強(qiáng)風(fēng)大樹枝搖動，電線呼呼響，舉傘困難713.9~17.1疾風(fēng)全樹搖動，大樹枝彎下來，迎風(fēng)步行不便817.2~20.7大風(fēng)樹枝折斷，迎風(fēng)步行阻力很大920.8~24.4烈風(fēng)平房屋頂受到損壞，小屋受破壞1024.5~28.4狂風(fēng)可將樹木拔起，將建筑物毀壞1128.5~32.6暴風(fēng)陸地少見，摧毀力很大，遭重大損失12>32.6颶風(fēng)陸地上絕少，其摧毀力極大2、氣象情報的采集（4）氣象情報的采集。

濕度的測量。濕度是指空氣中含水的程度，包括：絕對濕度、蒸汽壓、相對濕度、比濕、露點(diǎn)等。用來測量濕度的儀器叫作濕度計(jì)。能見度數(shù)據(jù)的采集。國際上對能見度的定義：“煙霧的能見度定義為不足1km；薄霧的能見度為1~2km；霾的能見度為2~5km?！睙熿F和薄霧通常被認(rèn)作是水滴的重要組成部分，而霾和煙由微小顆粒組成，粒徑相比水滴要小。能見度不足100m的稱為能見度為零，在這種情況下道路會被封鎖，自動警示燈和警示燈牌會被激活以示提醒。在能見度為2km情況下，無人機(jī)絕對不可以起飛。空軍氣象臺預(yù)報的能見度時1km、2km、4km、6km、8km、10km和10km以上幾個等級。信息準(zhǔn)備

飛行前檢測動力系統(tǒng)檢測1、發(fā)動機(jī)的檢查（1）燃料的選擇與加注。燃料有酒精燃料和汽油燃料之分。酒精燃料主要包括無水甲醇、硝基甲烷和蓖麻油，比例為3:1:1；汽油燃料一般為93號（92號）汽油。根據(jù)布置飛行任務(wù)的時間及載重情況，決定加注燃料的多少。（2）發(fā)動機(jī)的啟動與調(diào)整。甲醇燃料發(fā)動機(jī)汽油燃料發(fā)動機(jī)主油門針風(fēng)門主油門針風(fēng)門動力系統(tǒng)檢測1、發(fā)動機(jī)的檢查（2）發(fā)動機(jī)的啟動與調(diào)整。無論是甲醇燃料發(fā)動機(jī)還是汽油燃料發(fā)動機(jī)，其啟動過程比較復(fù)雜，但它們在啟動過程中，對油門和風(fēng)門的調(diào)整原理相似。油動發(fā)動機(jī)主油門針的調(diào)整是通過旋轉(zhuǎn)主油門針調(diào)整手柄來完成的。風(fēng)門的調(diào)節(jié)有三種，粗調(diào)節(jié)、細(xì)調(diào)節(jié)和大風(fēng)門調(diào)節(jié)。1）風(fēng)門的粗調(diào)節(jié)。2)風(fēng)門的細(xì)調(diào)節(jié)。3)大風(fēng)門調(diào)節(jié)。飛行前檢測動力系統(tǒng)檢測2、無刷電動機(jī)（1）無刷電動機(jī)試運(yùn)行步驟。首先用手指撥動漿葉，轉(zhuǎn)動無刷電動機(jī)，應(yīng)該沒有轉(zhuǎn)子碰擦定子的聲音。將無刷電動機(jī)電纜接到控制器上。身體部位躲開螺旋槳旋轉(zhuǎn)平面。將無刷電動機(jī)控制器上電，遙控器最后上電。輕輕撥動加速桿，螺旋槳旋轉(zhuǎn)，并逐漸升速。加速桿撥回零位，螺旋槳旋轉(zhuǎn)停止。無刷電動機(jī)控制器斷電，遙控器最后斷電。無刷電動機(jī)的準(zhǔn)備工作結(jié)束。飛行前檢測動力系統(tǒng)檢測2、無刷電動機(jī)（2）電源的準(zhǔn)備。

無人機(jī)上所用的電池主要是鋰聚合物電池，具有容量大，質(zhì)量輕（即能量密度大），內(nèi)阻小，輸出功率大的特點(diǎn)。

無人機(jī)鋰聚合物電池一般是2節(jié)或者3節(jié)串聯(lián)后使用，電壓12V左右。由于鋰電池耐“過充”性很差，所以串聯(lián)成的電池組在充電時必須對各電池獨(dú)立充電，否則會造成電池永久性損壞。所以，對鋰電池充電，需要使用專用的“平衡充電器”。飛行前檢測平衡充電器機(jī)械系統(tǒng)檢測1、舵機(jī)與舵面系統(tǒng)的檢測舵機(jī)檢測內(nèi)容主要包括：舵機(jī)擺動角度應(yīng)與遙控器操作桿同步。舵機(jī)正向擺動切換到反向擺動時沒有間隙。舵機(jī)最大擺動角度為

60°。舵機(jī)擺動速度是從0°至60°的時間，一般為0.2s。舵機(jī)擺動扭矩力，達(dá)到5.5kg/cm。飛行前檢測飛行前檢測機(jī)械系統(tǒng)檢測2、舵機(jī)與舵面系統(tǒng)的調(diào)整

舵機(jī)的調(diào)整，應(yīng)保證舵機(jī)輸出軸正反轉(zhuǎn)之間不能有間隙，如果有間隙，用旋具擰緊其固定。旋臂和連桿之間的連接間隙小于0.2mm。舵機(jī)旋臂、連桿、舵面旋臂之間的連接間隙也不能太小，以免影響其靈活性。舵面中位調(diào)整，盡量通過調(diào)節(jié)舵機(jī)旋臂與舵面旋臂之間連桿的長度使遙控器微調(diào)旋鈕中位、舵機(jī)旋臂中位與舵面中位對應(yīng)，微小的舵面中位偏差再通過微調(diào)旋鈕將其調(diào)整到中位。盡量使微調(diào)旋鈕在中位附近，以便在現(xiàn)場臨時進(jìn)行調(diào)整。無人機(jī)電子系統(tǒng)檢測1、電控系統(tǒng)電源的檢測2、電控系統(tǒng)運(yùn)行檢測3、無人機(jī)機(jī)體檢查4、飛行平臺檢查5、燃油和電池檢查6、彈射架檢查7、發(fā)動機(jī)啟動后檢查8、附帶設(shè)備檢查9、關(guān)聯(lián)性檢查飛行前檢測航線準(zhǔn)備航路規(guī)劃

航線/軌跡規(guī)劃是航線規(guī)劃與軌跡規(guī)劃的統(tǒng)稱，航線規(guī)劃與軌跡規(guī)劃的共同點(diǎn)是考慮地形、氣象等環(huán)境因素以及平臺自身的飛行性能，為飛行器制定出從初始位置到目標(biāo)位置的最優(yōu)飛行路徑。1、航路規(guī)劃步驟從任務(wù)說明書中了解本次任務(wù)，包括上級部署的航線、飛行參數(shù)、動作要求。給出航路規(guī)劃的任務(wù)區(qū)域，確定地形信息、威脅源分布的狀況以及無人機(jī)的性能參數(shù)等限制條件。對航路進(jìn)行優(yōu)化，滿足無人機(jī)的最小轉(zhuǎn)彎半徑、飛行高度、飛行速度等約束條件。根據(jù)任務(wù)說明書的內(nèi)容，以及指定的航線，在電子地圖上畫出整個飛行的路線。航線準(zhǔn)備航路規(guī)劃2、航路的控制

航路控制是在姿態(tài)角穩(wěn)定回路的基礎(chǔ)上再加上一個位置反饋構(gòu)成的。其工作過程如下：在無線信道暢通的條件下，由GPS定位系統(tǒng)實(shí)時提供飛機(jī)的經(jīng)度和緯度，結(jié)合遙測數(shù)據(jù)鏈提供的飛機(jī)高度，將其與預(yù)定航路比較，得出飛機(jī)相對航路的航路偏差，再由飛行控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)計(jì)算出飛機(jī)靠近航路飛行的控制量，并將控制量發(fā)送給無人機(jī)的自動駕駛系統(tǒng)，機(jī)上執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制飛機(jī)按航路偏差減小的方向飛行，逐漸靠近航路，最終實(shí)現(xiàn)飛機(jī)按預(yù)定航路的自動飛行，從而完成預(yù)定的飛行任務(wù)。航線準(zhǔn)備航路規(guī)劃3、航路的修正

在任務(wù)區(qū)域內(nèi)執(zhí)行飛行任務(wù)時，無人機(jī)是按照預(yù)先指定的任務(wù)要求執(zhí)行一條參考航路，根據(jù)需要適時調(diào)整和修正參考航路。調(diào)整和修正參考航路只是局部的，要注意航路威脅源的避讓。

給出威脅源的模型，用威脅半徑為R的圓表示。建模的時候充分考慮不同的威脅源及其威脅等級，作為衡量航路路徑選擇的一個標(biāo)準(zhǔn)，使無人機(jī)在不同威脅源的情況下選擇不同的航路。規(guī)劃最安全的航路和最短的航路之間存在著矛盾，考慮安全性的同時還要考慮航路長度對燃油的消耗問題。兩者結(jié)合考慮以獲得最佳的航路，在安全范圍內(nèi)，又能小消耗燃油。航線準(zhǔn)備地面站設(shè)備準(zhǔn)備1、地面站硬件設(shè)備的連接

地面站設(shè)備主要是指地面站，它具有對自駕儀各種參數(shù)、舵機(jī)及電源進(jìn)行監(jiān)視和控制的功能。飛行前必須對其進(jìn)行測試。將無人機(jī)地面站設(shè)備放在工作臺上，打開地面站的電源，準(zhǔn)備好無人機(jī)地面站檢查項(xiàng)目記錄表格（見書表5-9），逐項(xiàng)檢查無人機(jī)地面站設(shè)備的連接情況。航線準(zhǔn)備地面站設(shè)備準(zhǔn)備1、地面站硬件設(shè)備的連接

地面站設(shè)備主要是指地面站，它具有對自駕儀各種參數(shù)、舵機(jī)及電源進(jìn)行監(jiān)視和控制的功能。飛行前必須對其進(jìn)行測試。將無人機(jī)地面站設(shè)備放在工作臺上，打開地面站的電源，準(zhǔn)備好無人機(jī)地面站檢查項(xiàng)目記錄表格（見書表5-9），逐項(xiàng)檢查無人機(jī)地面站設(shè)備的連接情況。航線準(zhǔn)備地面站設(shè)備準(zhǔn)備2、地面站軟件

（1）軟件安裝。

（2）軟件界面認(rèn)知。

不同的地面站軟件界面略有不同，在