無人機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)緒論課件

無人機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)緒論緒論

無人機（UnmannedAerialVehicle，縮寫為UAV）即無人駕駛航空器，因其具有體積小、造價低、使用方便、無人員傷亡、對環(huán)境要求低、生存能力強、用途廣泛等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于快遞運輸、災(zāi)難救援、測繪、新聞報道、電力巡檢、影視拍攝等民用領(lǐng)域。為了讓讀者對無人機有個宏觀系統(tǒng)的學習，本章主要介紹了無人機定義、無人機的分類、無人機的特點和對比分析、無人機發(fā)展及無人機系統(tǒng)組成和性能指標。學習導論緒論緒論學習目標1.掌握無人機定義及分類；2.了解無人機的特點和對比分析及無人機發(fā)展；3.掌握無人機系統(tǒng)組成；4.了解無人機的性能指標。緒論緒論無人機概述第一節(jié)無人機系統(tǒng)組成及性能指標第二節(jié)無人機和航空模型無人機的分類無人機的特點及對比分析無人機的發(fā)展無人機系統(tǒng)組成無人機的性能指標緒論無人機和航空模型無人機航空模型

無人機（UnmannedAerialVehicle，縮寫為UAV）即無人駕駛航空器，是采用無線電遙控設(shè)備或由自身程序控制裝置操控的通用航空器。與載人飛機相比，具有體積小、造價低、使用方便、無人員傷亡、對環(huán)境要求低、生存能力強、用途廣泛等優(yōu)點。因此，無人機在現(xiàn)代及未來戰(zhàn)爭中起到極其重要的作用，同時，在民用領(lǐng)域也有廣闊的前景。航空模型俗稱航模，是一種以某種航空器的實際尺寸按一定比例制作，并能在空中飛行的模型。國際航空聯(lián)合會（FAI）明確規(guī)定，航空模型是一種重于空氣、有尺寸限制、帶有或不帶有發(fā)動機、可遙控、不能載人的航空器。

無人機與航空模型的本質(zhì)區(qū)別在于無人機有飛行控制系統(tǒng)（類似大腦），可人工遙控控制亦可自主控制；而航空模型沒有飛行控制系統(tǒng)，只能進行人工遙控控制。緒論無人機的分類1.按平臺構(gòu)型分類A.固定翼無人機B.旋翼無人機a)無人直升機b)多旋翼無人機E.傘翼無人機C.撲翼無人機D.無人飛艇緒論無人機的分類1.1.最主要的5種平臺構(gòu)型常規(guī)布局雙尾撐式無尾布局直升機四旋翼緒論無人機的分類2.按質(zhì)量分類空機質(zhì)量小于等于7kg的無人機空機質(zhì)量大于7kg，且小于等于116kg的無人機，且全馬力平飛中，校正空速小于100km/h，升限小于3000m空機質(zhì)量小于等于5700kg，且微型和輕型無人機除外的無人機空機質(zhì)量大于5700kg的無人機大型無人機微型無人機輕型無人機小型無人機緒論無人機的分類3.按活動半徑分類超近程遠程航程是無人機的重要性能，它是指起飛后中途不加油能夠飛越的距離。而活動半徑是指25%~40%的航程。按活動半徑把無人機分為超近程、近程、短程、中程和遠程無人機五種近程短程中程活動半徑在15km以內(nèi)15km到50km之間50km到200km之間200km到800km之間活動半徑大于800km緒論無人機的分類4.按任務(wù)高度分類0-100m100-1000m超低空無人機超高空無人機低空無人機中空無人機高空無人機1000-7000m7000-18000m大于18000m緒論無人機的分類0103軍用軍用無人機對于靈敏度、飛行高度與速度智能化等要求最高，也是技術(shù)水平最高的無人機。根據(jù)航程、活動半徑、續(xù)航時間和飛行高度可把軍用無人機分為戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)略兩大類；按作戰(zhàn)任務(wù)可把軍用無人機分為偵察監(jiān)視、校射、電子戰(zhàn)、通信中繼、攻擊、運輸和靶機等七類.工業(yè)級工業(yè)級無人機一般會根據(jù)行業(yè)需求不同搭載各種專業(yè)探測設(shè)備，比如紅外熱像儀、激光雷達、高光譜相機、大氣探測器等等，主要用于各行各業(yè)的日常工作中。一般要求無人機具有一定的防護措施來降低意外帶來的自身損害和連帶傷害，要擁有盡量長的航時、盡量遠的通信距離，還要求有足夠的可靠性來滿足長年累月的重復使用。因為工業(yè)級無人機主要面向行業(yè)用戶定制生產(chǎn)，所以，產(chǎn)量一般不大，售價較高。0204民用民用無人機一般對于速度、升限和航程等要求都較低，但對人員操作培訓、綜合成本有較高的要求，因此需要配套低廉的零部件和售后服務(wù)。民用無人機主要用于地質(zhì)勘查、地形測繪、農(nóng)作物病蟲害防治、農(nóng)作物產(chǎn)量評估、森林防火、汛情監(jiān)視、交通管制、氣象監(jiān)測等方面。目前，民用無人機最大的市場還在于為政府提供公共服務(wù)，約占總需求的70%。未來無人機發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮氖袌鰬?yīng)在民用領(lǐng)域，諸如農(nóng)業(yè)植保、空中無線網(wǎng)絡(luò)以及數(shù)據(jù)獲取等。消費級消費級無人機一般搭載相機、攝像頭等一類拍攝設(shè)備，根據(jù)需要再配云臺和圖傳電臺等，滿足消費者的娛樂需求。消費級無人機大多針對普通消費者或者航拍愛好者，一般要求無人機便攜和易操作，且價格便宜。5.按使用領(lǐng)域分類緒論無人機的分類6.按控制模式分類遙控式無人機是由地面人員通過無線電發(fā)送指令并有效控制飛行的無人機。操控員實時操縱控制遙控器面板上的操縱干和按鈕，由遙控器發(fā)射機發(fā)出對應(yīng)的無線電指令信號傳輸?shù)綗o人機的遙控接收機上，用指令控制無人機飛行的高度、速度、航向等參數(shù)，并實施預定的飛行和工作計劃。自主式無人機是按預先輸入的程序指令，自動飛行并執(zhí)行預定任務(wù)的無人機，也稱為時間程序控制型無人機半自主式無人機是在有地面控制指令時按控制指令飛行，當無地面控制指令時按預編程序指令飛行的無人機。操控員通過飛行管理系統(tǒng)界面去執(zhí)行任務(wù)或改變?nèi)蝿?wù)，在沒有輸入控制指令情況下，無人機將實施預編程序的自動飛行三者兼?zhèn)涫綗o人機具有遙控式、半自主式和自主式功能的無人機.遙控式無人機自主式無人機半自主式無人機三者兼?zhèn)涫骄w論無人機的分類電動式無人機大多都采用無刷電機作為動力裝置，由聚合物鋰電池或燃料電池提供能量。電動機是一種旋轉(zhuǎn)式電動機器，它將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，無人機在飛行中為了實現(xiàn)前進、后退、側(cè)飛和轉(zhuǎn)彎等，采用電調(diào)控制無刷電機的轉(zhuǎn)速。具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、、維護方便等優(yōu)點，其缺點是載重小、續(xù)航時間短、電池消耗大等。油動式無人機通常采用活塞式發(fā)動機或渦輪軸發(fā)動機作為動力裝置。具有抗風能力強、續(xù)航時間長、載重大等優(yōu)點，但穩(wěn)定性差、操作復雜、場地適應(yīng)性差、危險性大等缺點。油電混合式無人機通常采用燃油發(fā)動機和電動機作為動力裝置，燃油發(fā)動機發(fā)電，再驅(qū)動電動機。具有結(jié)構(gòu)簡單、載重大、續(xù)航時間長、適用范圍廣等優(yōu)點。繼承了電動式無人機和油動式無人機的優(yōu)點，并克服了它們的缺點。電動式無人機油動式無人機油電混合式無人機7.按動力裝置分類緒論無人機的特點及對比分析固定翼無人機固定翼無人機在三類無人機中續(xù)航時間最長、飛行效率最高、載荷最大、飛行穩(wěn)定性高，但在起飛的時必須要助跑或者借助器械彈射，降落的時候必須要滑行或是利用降落傘降落無人直升機無人直升機可垂直起降、無需跑道、地形適應(yīng)能力強，但機械結(jié)構(gòu)復雜、維護成本高、續(xù)航及速度都低于固定翼無人機。多旋翼無人機多旋翼無人機能夠?qū)崿F(xiàn)垂直起降，并且自身機械結(jié)構(gòu)簡單，無機械磨損；但其續(xù)航及載重在三種飛行器當中是最低的。1.無人機的特點1423固定翼無人機可以以較低功率進行巡航，而無人直升機螺旋槳產(chǎn)生的升力必須一直大于或等于機身的重量，所以固定翼無人機的飛行效率是最高的；而無人機直升機與多旋翼無人機相比，其螺旋槳直徑更大，氣動效率更高1、在續(xù)航和載重方面擁有飛行控制系統(tǒng)的多旋翼無人機起降簡單、操作易上手，其操縱難度是最低的；固定翼無人機起降較復雜、空中操作較簡單；無人直升機操作復雜、并且其在飛行時會產(chǎn)生較大的氣浪聲，容易對操縱造成心理壓力。3、在操作難易度方面固定翼無人機的起降必須借助跑道或者專用器械，所以其起降的便利性是最低的；多旋翼無人機和無人直升機都可以垂直起降，起降便利差別不大。2、在起降便利性方面多旋翼無人機沒有傳動部件，唯一旋轉(zhuǎn)的部件就是螺旋槳，所以其工作可靠性是較高的；固定翼無人機工作可靠性也較高，但是其內(nèi)部有進行傳動控制的結(jié)構(gòu)，降低了可靠性；無人直升機擁有復雜的傳動結(jié)構(gòu)、減速結(jié)構(gòu)、控制結(jié)構(gòu)，工作可靠性相對較低。4、在工作可靠性方面2.固定翼無人機、無人直升機和多旋翼無人機的對比分析緒論無人機的特點及對比分析緒論無人機的特點及對比分析3.多旋翼無人機與單旋翼無人直升機的比較142536飛行效率操控性飛行控制方式可靠性結(jié)構(gòu)安全性78維護性耦合特性多旋翼飛行效率要高多旋翼飛行控制非常簡單多旋翼機械結(jié)構(gòu)簡單多旋翼操控更加簡單靈活多旋翼無人機活動部件少故障率低，可靠性高由于多旋翼的旋翼多冗余度更高，因而其安全性更好多旋翼無人機傳動結(jié)構(gòu)簡單，維護簡便；采用通用、標準化零部件多，互換性好多旋翼具有高度的耦合特性緒論無人機的特點及對比分析4.電動式無人機與油動式無人機的對比分析續(xù)航能力油動式優(yōu)于電動式載重能力油動式優(yōu)于電動式旋翼尺寸油動式優(yōu)于電動式操控性油動式優(yōu)于電動式安全性油動式優(yōu)于電動式抗風能力油動式優(yōu)于電動式價格和成本油動式優(yōu)于電動式載客特性油動式優(yōu)于電動式緒論無人機的發(fā)展1.軍用無人機進展123起步階段（1917-1963）無人機第一次大規(guī)模應(yīng)用于戰(zhàn)爭開始于20世紀60年代至70年代的美軍侵越戰(zhàn)爭實用階段（1964-1990）崛起階段（1991-2009）第一個浪潮是發(fā)展師級戰(zhàn)術(shù)無人機系統(tǒng)第二個浪潮是發(fā)展中高空長航時無人機系統(tǒng)第三個浪潮是發(fā)展旅/團級戰(zhàn)術(shù)無人機系統(tǒng)緒論無人機的發(fā)展2.民用無人機發(fā)展概況的特點11983年，日本雅馬哈公司就采用摩托車發(fā)動機，開發(fā)了一種用于噴灑農(nóng)藥的無人直升機。日本22003年，NASA成立了世界級的無人機應(yīng)用中心美國42008年給予“蒼鷺”無人機非軍事任務(wù)執(zhí)行證書，并與有關(guān)部門合作開展了多種民用任務(wù)的試驗.以色列52006年，歐洲制定并即刻實施了“民用無人機發(fā)展路線圖”.歐洲3墨西哥灣鉆井平臺爆炸后，艾倫實驗室公司用無人機協(xié)助進行了溢油監(jiān)測和溢油處理墨西哥6早在20世紀80年代，中國就嘗試將自行開發(fā)的無人機用于地圖測繪和地質(zhì)勘探中國緒論

無人機系統(tǒng)組成2.1無人機系統(tǒng)組成20無人機系統(tǒng)（UnmannedAeriaISystem，UAS）是指由無人機、相關(guān)的遙控站、所需的指令與控制數(shù)據(jù)鏈路以及任務(wù)設(shè)備組成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由無人機機體平臺分系統(tǒng)、航電分系統(tǒng)、地面站分系統(tǒng)、任務(wù)設(shè)備分系統(tǒng)及地面保障設(shè)備分系統(tǒng)五部分組成。.1、機體平臺分系統(tǒng)該系統(tǒng)主要由結(jié)構(gòu)系統(tǒng)及動力系統(tǒng)兩部分組成。以多旋翼為例，簡單介紹兩部分。結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是其他所有機載設(shè)備、模塊的載體，主要包括機架和起落架。動力系統(tǒng)主要包括螺旋槳、電機、電調(diào)及電池2、航電分系統(tǒng)該系統(tǒng)主要由飛行控制系統(tǒng)和導航系統(tǒng)兩部分組成，承擔著無人機飛行控制、導航、數(shù)據(jù)通訊管理、執(zhí)行相關(guān)任務(wù)等工作，是無人機系統(tǒng)中核心組成部分。3、地面站分系統(tǒng)該系統(tǒng)是整個無人機系統(tǒng)的指揮控制中心，通過地面站系統(tǒng)可以對無人機的各種飛行數(shù)據(jù)和任務(wù)設(shè)備狀況等進行實時地監(jiān)控，以便當應(yīng)急情況發(fā)生時能夠及時地采取相應(yīng)處理措施來保證無人機的安全，同時方便事前規(guī)劃和事后分析處理。地面站分系統(tǒng)主要由通信鏈路、地面控制站和地面站軟件組成。5、地面保障設(shè)備分系統(tǒng)該系統(tǒng)主要由無人機運輸與發(fā)射或起飛保障設(shè)備和降落或回收保障設(shè)備組成，是為了保證無人機順利飛行和完成指定的任務(wù)。4、任務(wù)設(shè)備分系統(tǒng)該系統(tǒng)主要由任務(wù)載荷及其相配套的系列機載和地面設(shè)備共同組成。任務(wù)設(shè)備分系統(tǒng)的具體組成和無人機所執(zhí)行的任務(wù)相關(guān)，根據(jù)任務(wù)的不同，同一型號的無人機也可裝載不同的任務(wù)設(shè)備，通常將軍用無人機任務(wù)設(shè)備分系統(tǒng)分為偵察設(shè)備、電子戰(zhàn)設(shè)備、攻擊設(shè)備、通信中繼設(shè)備等；民用無人機任務(wù)設(shè)備主要有數(shù)字航空照相機、可見光電視攝像機、紅外熱像儀和合成孔徑雷達（SAR），其中數(shù)字（航空）照相機、可見光電視攝像機主要執(zhí)行晝間偵察任務(wù)，紅外熱像儀主要執(zhí)行夜間偵察任務(wù)，合成孔徑雷達（SAR）主要執(zhí)行全天候偵察任務(wù)。此外，為了完成偵察目標定位、指示等任務(wù)，還可安裝激光測距或目標指示設(shè)備等緒論

無人機系統(tǒng)組成2.2