无人机概述及系统组成-2.pptx

1,2,无人驾驶航空器（UA： Unmanned Aircraft），是一架由遥控站管理（包括远程操纵或自主飞行）的航空器，也称遥控驾驶航空器（RPA：Remotely Piloted Aircraft），以下简称无人机无人机的定义,3,无人机系统（UAS： Unmanned Aircraft System），也称无人驾驶航空器系统（RPAS： Remotely Piloted Aircraft Systems），是指一架无人机、相关的遥控站、所需的指令与控制数据链路以及批准的型号设计规定的任何其他部件组成的系统无人机系统的定义 （点出无人机系统就是天地链）,4,无人机系统驾驶员，由运营人指派对无人机的运行负有必不可少职责并在飞行期间适时操纵飞行控制的人 无人机系统的机长，是指在系统运行时间内负责整个无人机系统运行和安全的驾驶员,机长：知识，技能，安全，责任无人机系统驾驶员的定义,5,6,按飞行平台构型分类：无人机可分为固定翼无人机、旋翼无人机、无人飞艇、伞翼无人机、扑翼无人机等按平台构型分类,7,最主要的平台构型（点出这是学员必须知道的5种最主流构型）,8,按用途分类（民用）,9,民用无人机可分为巡查\监视无人机、农用无人机、气象无人机、勘探无人机以及测绘无人机等。

按用途分类 （民用）,10,按用途分类（军用）,军用无人机可分为侦察无人机、诱饵无人机、电子对抗无人机、通信中继无人机、无人战斗机以及靶机等11,按尺度分类（点出民航只认这个）,微、轻、小、大 空机质量 7 （100 千米/小时、3000 米） 116 5700,12,按活动半径分类,超近程：15km以内 近程：15-50km之间 短程：50-200km之间 中程：200-800km之间 远程：大于800km13,按任务高度分类,超低空：0-100m 低空：100-1000m 中空：1000-7000m 高空：7000-18000m 超高空：大于18000m,14,15,国外无人机的发展 （视频）,16,国内无人机的发展,17,18,飞行器是指能在地球大气层内外空间飞行的器械通常按照飞行环境和工作方式，把飞行器分为几大类： ——航空器： ——航天器： ——空天飞行器： ——火箭和导弹： ——巡航导弹型无人机：,飞行器的定义,19,航空器的定义,根据产生升力的原理,航空器,,轻于空气的航空器,重于空气的航空器,气球,飞艇,固定翼航空器,旋翼航空器,扑翼机,变模态机,飞机,滑翔机,旋翼机,直升机,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,杂交航空器,20,21,由动力装置产生前进的推力或拉力，由机体上固定的机翼产生升力，在大气层内飞行的重于空气的无人航空器。

固定翼Fixed-wing无人机平台,22,旋翼无人机平台是一种重于空气的无人航空器，其在空中飞行的升力由一个或多个旋翼与空气进行相对运动的反作用获得，与固定翼为相对的关系旋翼Rotary wing无人机平台,23,多轴飞行器是一种具有三个及以上旋翼轴的特殊的直升机旋翼的总距固定而不像一般直升机那样可变通过改变不同旋翼之间的相对转速可以改变单轴推进力的大小，从而控制飞行器的运行轨迹多轴multirotor无人机平台,24,无人飞艇平台及系留气球,25,各类变模态平台,26,伯努利方程,管道中以稳定的速度流动的流体，若流体不可压缩，且与外界无能量交换，则沿管道各点的流体的动压与静压之和等于常量伯努利方程公式 p+1/2 v2 = 常数,流体的基本规律,P：静压力 1/2 v2 ：是动压力 其中，静压力与飞行高度有关，动压力与飞行速度和空气密度有关,27,伯努利方程,管道中以稳定的速度流动的流体，若流体不可压缩，且与外界无能量交换，则沿管道各点的流体的动压与静压之和等于常量伯努利方程公式 p+1/2 v2 = 常数,流体的基本规律,P：静压力 1/2 v2 ：是动压力 其中，静压力与飞行高度有关，动压力与飞行速度和空气密度有关,28,伯努利方程 现象,流体的基本规律（讲纸、伞、船、香蕉球）,升力,作用在飞机上的空气动力（重点讲第一个图）,飞机的飞行原理,飞机为什么能够飞上天?因为机翼受到向上的升力。

飞机飞行时机翼周围空气的流线分布是指机翼横截面的形状上下不对称,机翼上方的流线密,流速大,下方的流线疏,流速小由伯努利方程可知,机翼上方的压强小,下方的压强大这样就产生了作用在机翼上的方向的升力升力的计算公式：,Cy：升力系数， ρ：空气密度， V：动压（即相对速度）S：机翼参考面积， 对于某一种翼型，通过实验可以获得升力系数与迎角的关系曲线，即Cy—α曲线升力公式（标星的告诉学员都是重中之重）（结合每一个字母举例，讲固定翼迎角加一倍，多轴转速加一倍的故事、将螺旋桨为啥反扭） ★,表述,用汉语描述就是：升力与空气密度、相对速度的平方和机翼参考面积成正比cy是一个性质常数 公式就是那个，不过具体计算就比较复杂了 如：Cy这个常数，是一个性质量，它的数值跟飞机材料机翼迎角和厚度等等都有关系只有升力大于本身重力才能使它离地飞行33,失速（光洁构型下，机翼迎角13度就是失速迎角，让学员记住13度就行）,失速,通俗的讲：当飞机前进时产生的升力没有飞机的重量大时飞机就会下降.或摔机. 超过临界迎角后，产生严重的分离，升力急剧下降而不能保持正常飞行的现象，叫失速,失速后的表现,很多的航空事故都是由于失速引起 1．失速的征候 (1)飞机抖动并左右摇晃：这是因为机翼上表面气流强烈分离而产生大量涡流，引起升力时大时小，和左、右翼的升力变化不均造成的。

(2)杆舵抖动、操纵变轻：飞机超过临界迎角时，机翼上表面的气流强烈分离，产生了大量涡流，影响到各个舵面，所以杆舵发生抖动；涡流区内的压力较小，所以杆舵变轻 (3)飞机下降、机头下沉：超过临界迎角后，会使气流分离，升力下降；另外，由于阻力增大，速度减小，也使升力降低当升力不能维持飞机的重力时就会使飞机下降；促使机头下沉失速后如何处理及设计上的规避,2．失速的处理 判明失速后，应立即推杆减小迎角，恢复升力待飞机获得速度后，即可转入正常飞行 3、如何在机翼的设计上避免失速 为避免失速人类发明了前缘襟翼前缘襟翼的作用是干煸气流的分离时间在大迎角时，前缘襟翼向下偏转，减小机翼的迎角，延迟气流分离的时间，避免飞机的失速,37,翼面的几何形状,机翼翼型及其参数  翼型：机翼的横剖面形状  翼型厚度：指上下翼面在垂直于翼弦方向 的距离，其中最大者成为最大厚度 中弧线：翼型厚度中点的连线翼弦：翼型前缘点与后缘点间的连线 翼型弯度：中弧线与翼弦之间的最大距离38,低速飞机阻力的产生及减阻措施（可以讲讲梦想金钱现实FAA的小笑话）,按阻力产生的原因，飞机低速飞行时的阻力一般可分为：,摩擦阻力,干扰阻力,诱导阻力,压差阻力,一、阻力的产生,飞机表面不光滑,空气有粘性,,（一）摩擦阻力,摩擦阻力,粘性阻力,速度梯度,粘性系数,面积,40,影响摩擦阻力的因素,空气的粘性,飞机表面的形状（主要是光滑程度）,同气流接触的飞机表面积的大小（浸润面积）,附面层中气流的流动情况,41,压差阻力（讲故事，手伸车窗外）,运动着的物体前后由于压力差而形成的阻力叫做压差阻力。

二）压差阻力,由于空气粘性导致前后存在压力差而形成的阻力压差阻力,,,,飞机各部件的外形对压差阻力影响很大实验表明，流线形的物体压差阻力最小，而板状物的压差阻力最大45,诱导阻力（讲故事，雁队及跟跑）,诱导阻力是翼面所独有的一种阻力，它是伴随着升力的产生而产生的，因此可以说它是为了产生升力而付出的一种“代价”三）诱导阻力,1、翼尖涡流,机翼产生正升力,,上表面P小,下表面P大,,空气绕翼尖从下 表面流向上表面,,,,迎角越大，机翼上、下表面的压力差越大，翼尖涡流越强48,减小诱导阻力（讲故事 鸟的 飞羽）,49,干扰阻力,干扰阻力就是飞机各部分之间由于气流相互干扰而产生的一种额外的阻力四）干扰阻力,由于飞机各部件组装在一起而产生的附加阻力产生压差阻力的部位：机身、机翼、尾翼、副油箱、机翼机身结合部、发动机及发动机短舱等部位摩擦阻力(Skin Friction Drag) 压差阻力(Form Drag) 干扰阻力(Interference Drag) 诱导阻力(Induced Drag),,废阻力 (Parasite Drag),,升力,粘性,,,52,航空器---机翼结构名称（记住梁、翼肋、蒙皮就行）,,,航空器---机身结构名称（记住梁、隔框及火墙、蒙皮就行）,航空器——起落装置（记住固定翼前后三点、旋翼滑撬就行）,56,动力装置---分类,无人机的发动机以及保证发动机正常工作所必需的系统和附件的总称。

无人机使用的动力装置主要有活塞式发动机、涡喷发动机、涡扇发动机、涡桨发动机、涡轴发动机、冲压发动机、火箭发动机、电动机等目前主流的民用无人机所采用的动力系统通常为活塞式发动机和电动机两种57,动力装置,动力装置---活塞式,活塞式发动机也叫往复式发动机，由气缸、活塞、连杆、曲轴、气门机构、螺旋桨减速器、机匣等组成主要结构活塞式发动机属于内燃机，它通过燃料在气缸内的燃烧，将热能转变为机械能活塞式发动机系统一般由发动机本体、进气系统、增压器、点火系统、燃油系统、启动系统、润滑系统以及排气系统构成59,动力装置---活塞式,60,动力装置---电动★ （开讲4个组成机、调、池、桨 A外转子无刷三相交流异步电机、啥叫2208、磁悬浮、电磁弹射、电磁炮 B电调2粗3中3细8根线、啥叫BEC C聚合物锂电及其他电池、啥叫2200mAh、xSyP、20C D碳桨、木桨、塑胶桨，啥叫22×10、英寸、螺距桨转一圈前进的距离、右旋前进是正桨，CW和CCW是英文反、时针、方向简称）,目前大型、小型、轻型无人机广泛采用的动力装置为活塞式发动机系统而出于成本和使用方便的考虑，微型无人机中普遍使用的是电动动力系统，电动系统主要由动力电机、动力电源、调速系统三部分组成。

61,动力装置---涡喷讲核心机涡喷、涡扇、涡桨、涡轴 、M1坦克涡轮发动机、052燃气轮机、发动机是工业皇冠的宝石）,涡轮喷气发动机的组成：,进气道,压气机,燃烧室,涡轮,尾喷管,动力装置---涡轮螺桨发动机,动力装置---涡轮轴发动机,65,获得必要的导航要素：高度、速度、姿态、航向； 给出满足精度要求的定位信息：经度、纬度； 引导飞机按规定计划飞行； 接收预定任务航线计划的装定、并对任务航线的执行进行动态管理； 接收控制站的导航模式控制指令并执行；并具有指令导航模式与预定航线飞行模式相互切换的功能； 具有接收并融合无人机其它设备的辅助导航定位信息的能力； 配合其它系统完成各种任务导航飞控系统---导航子系统（沿3轴，位置回路、外回路）,导航子系统功能：向无人机提供相对于所选定的参考坐标系的位置、速度、飞行姿态，引导无人机沿指定航线安全、准时、准确的飞行因此导航子系统之于无人机相当于领航员之于有人机66,无人机姿态稳定与控制； 与导航子系统协调完成航迹控制； 无人机起飞（发射）与着陆（回收）控制； 无人机飞行管理； 无人机任务设备管理与控制； 应急控制； 信息收集与传递导航飞控系统---飞控子系统（绕3轴、姿态回路、内回路）,飞控子系统是无人机完成起飞、空中飞行、执行任务、返场回收等整个飞行过程的核心系统，对无人机实现全权控制与管理，因此飞控子系统之于无人机相当于驾驶员之于有人机，是无人机执行任务的关键。

67,导航飞控系统常用传感器---人内耳、眼（类比）,无人机导航飞控系统常用的传感器包括角速率传感器、姿态传感器、位置传感器、迎角侧滑角传感器、加速度传感器、高度传感器及空速传感器等，这些传感器构成无人机导航飞控系统设计的基础68,导航飞控系统飞控计算机（自驾） 。