做安全的无人机.doc

无无人人直直升升机机系系统统 介介绍绍一、用途及功能用途：复合式共轴双桨无人直升机是通飞航空多年科研攻关，自主研发的具有国际先进水平的小型无人直升机该机采用共轴双主旋翼形式，复合了尾桨设计，使安全和飞行稳定性、环境适应性均有所提高，目前在国内，该技术居领先或独有的地位该机可在地势复杂的山区和舰船甲板上垂直起飞和降落，陆地、海上运载方便，可广泛应用于图像传输、对地观测、电子对抗、数据通讯、海上作战、中继转发、空中监测、电力巡线、高压架线、航空拍摄等领域功能：1． 可以对侦察区域在不同高度进行侦察摄像，将图像实时回传2． 夜间对任务侦察区域，在不同高度进行红外摄像3． 其稳定的机械结构可使直升机自动进行悬停姿态，配合无线电操控系统进行手动或电脑辅助飞行又可提高航线精度4． 对于摄像和红外信号均具有实时传输、显示、记录、返放、硬拷贝、编辑等功能5． 系统采用 2.4G 无线传输，可在复杂的电磁环境下工作二、主要特点一键起飞定位降落稳定悬停空中任意回转有效载荷大续航时间长 飞行稳定性强低速近距拍摄抗风能力强 该机采用了独创专利技术：共轴直升机增稳结构，通过在上旋翼设置稳定副翼和平衡杆显著增加了该机的飞行稳定性和操纵性。

 该机型复合了传统直升机的尾桨设计，放弃了传统通过主旋翼桨距差变距来控制航向的工作方式，减轻了主旋翼工作负担，使其升降功能更为单一、在保证了共轴稳定性的同时，使直升机工作状态更为可靠，可避免急加速造成上下旋翼碰撞的意外 该直升机采用了带尾旋翼的双主旋翼设计，直升机无论是主尾旋翼在飞行时都多了一种备份，是无论是单主旋翼、单尾旋翼，一对主尾旋翼，甚至是双尾旋翼发生故障或战损时，使直升机都能安全的返回在发动机出现故障时，其结构也可使熄火降落过程更加的平稳，大大提高了飞行器的安全性 三、主要技术指标几何参数：几何参数：旋翼直径 1.6 米桨叶片数 2×2起落架跨度 0.4 米机高 0.6 米发动机功率 26 cc 重量：重量：空机重量 16 公斤任务载重 5 公斤最大起飞重量 25 公斤飞行性能：飞行性能：海平面最大平飞速度 80 公里/小时海平面巡航速度 50～60 公里/小时风力（飞行时） 40 公里/小时（阵风 50 公里/小时）风力（起降时） 26 公里/小时（无阵风）实用升限 1800 米最大续航时间 1 小时最大航程 60 公里燃料:97 号车用汽油＋高级摩托车 2 冲程油 25/30:1启动方式启动方式12v（45Ah 以上）直流车用电瓶地面启动。

发动机自带启动电机复合式共轴双桨无人直升机地面特写与相同动力级别的传统直升机相比，共轴式直升机具有如下优点： 主旋翼直径小（因采用两副旋翼） ； 飞行安全性高，直升机主尾旋翼均有备份设计，遇传统直升机的旋翼致命故障时也可使我们的直升机安全降落 （具有关资料显示，其中尾桨故障就占整个直升机的 20%左右） ； 共轴式双主旋翼，通过上下旋翼平衡反扭矩使直升机在升降功率损耗上达到了最低（单主尾旋翼直升机损耗占总功率的15% ） ； 共轴结构提高了发动机熄火后迫降的生存机率 气动效率高根据有关资料显示：共轴式直升机在悬停、中低速飞行时的气动效率高这正是无人直升机的主要作业状态； 由于气流对称，共轴式直升机纵横向运动的固有气动耦合小，更有利于实现直升机的飞行自动控制； 共轴式直升机在相同级别的发动机下，有效载荷较单桨直升机更大，更安全，体积相对较小，也便于更小的场地起降，适合更小的地面车辆进行运载复合式共轴双桨无人直升机飞行时的不同视角四、系统组成复合式共轴双桨无人直升机系统主要由飞行平台系统、飞行控制系统、遥控遥测系统、载荷设备等组成一）飞行平台系统1. 机体结构复合式共轴双桨无人直升机设计在结构上力求安全可靠，在同级别发动机的情况下最大增加其任务载荷。

旋翼机整体采用合金铝材质，分为主旋翼、机体、尾传动三个主要部分任务负载区位于机体下方，使其重心位置稳定在主轴下部，不影响全机重心点同时无人机的飞控计算机、传感器、电源及任务载荷等设备该设备为遥控飞行（或自主飞行）的基本控制设备外加任务载荷可按照其重量平均分配外挂在直升机机体两侧，不影响整机水平中心尾旋翼可按任务需求进行横纵向安装，纵向安装可作为推进式尾桨，大大提高飞行速度，悬停位的舵向调整可通过尾桨后方安装垂直方向舵的方式来实现直升机外罩采用玻璃纤维或碳纤维材质，内部采用发泡技术进行隔音机头罩的作用是为减小前飞时的气动废阻力如在低速飞行时也可不装机壳降低前飞时的废阻力，从而降低直升机前飞时的需用功率，同时还可提高前飞速度2. 动力装置复合式共轴双桨无人直升机的发动机目前选用活塞式发动机（以后可选用涡喷等技术，采用航煤燃料满足军用舰艇需求及高海拔地区的飞行） ，该发动自带冷却风扇、离心式离合器、手拉式启动选用该发动机的主要原因是该发动机是用于直升机的，在实际的竞技航拍直升机上得以运用，工作稳定特别是发动机装有冷却系统和离合器，提高了直升机的可靠性，减小了研制的风险和投入同时，该发动机耗油率低，货源可靠、容易购买。

发动机自身的离合装置配合熄火降落模块，保证了直升机的飞行可靠性，即发动机停车后，也极大程度的保证了直升机安全降落3. 旋翼系统旋翼系统包括桨叶和桨毂，直升机通过旋转的桨叶产生升力来平衡重量和飞行阻力，同时产生前后左右的操纵力旋翼系统采用的翘翘板式其特点是，省去了垂直铰和水平铰，只用一个悬挂铰，旋翼桨盘相对于旋翼轴的挥舞通过悬挂铰的摆动来实现4. 操纵系统操纵系统主要包括舵机,变距拉杆、自动倾斜器等部件舵机通过操纵系统实现旋翼的总距、周期变距和航向操纵操纵系统用于控制直升机的姿态和航迹，改变直升机的运动状态5. 传动系统传动系统的功能是：将发动机的动力按总体设计规定的路径、转速及转向传递给旋翼传动系统由离合器、减速器、旋翼轴、尾传动轴组成其功能是将发动机的输出功率按规定的比例传到传动轴6.起落架起落架采用常规的滑橇式起落架，制造材料为高强合金铝材料由模具拉伸成形特点是重量轻、承载大在起飞和着陆时，起落架对整个机身起到缓冲作用二）飞控导航系统目前飞控工作原理及配套可选型号较多，我们可按客户要求进行选配，下面列举其中一套飞控工作原理进行说明复合式共轴双桨无人直升机飞行控制和导航系统（自动驾驶仪）采用动态逆技术、H∞算法和扩展“卡曼”滤波技术。

该技术达到国际先进水平可以实现自主起飞、自主降落、自主任务飞行和地形匹配飞行等功能 该系统在导航方面使用自适应扩展卡尔曼(EKF)算法,把IMU、地磁传感器、GPS、气压高度计和地形匹配高度计等传感器的数据进行深度融合,在恶劣条件下也可得到高精度高可靠的导航数据 在建模方面使用了参数辨识算法,只需要采集手动飞行的数据便可以自动建立精确的直升机模型,然后生成控制器不需要复杂的数学推导 大大减小了自动驾驶仪集成的风险,减少了集成的时间 控制方面使用了自适应鲁棒控制对风切变、任务负载突然变化等干扰有很强的鲁棒性,保证了飞行的安全对机械磨损任务负载、重心等变化有很强的自适应性,保证了飞行的精度和安全控制器可以进行速度控制也可以进行姿态控制,姿态控制有效的保证了恶劣条件下的飞行安全 引导方面有遥控手柄、航路点和地形匹配等引导功能在遥控手柄引导模式下可以根据遥控手柄的输入量产生引导数据,在保证安全飞行的前提下实现对飞机的速度控制在航路点引导模式下直升机可以根据3D 航路点产生引导数据,实现直升机的3D 飞行在地形匹配模式下可以根据地形数据产生引导数据,实现直升机的地形匹配飞行 飞控导航系统的主要优点  姿态和速度控制。

正常情况下使用姿态稳定和速度控制,在出现较大的干扰情况下使用速度稳定和姿态控制,大大增加了飞行安全  实现了遥控手柄、航路点和地形匹配引导功能可以由外环生成内环控制指令 通过自适应扩展卡尔曼(EKF)滤波实现GPS/INS捷联组合导航,对飞行负载、重心等变化的自适应性,大大提高了飞行精度和飞行安全  1G数据记录空间最大可扩展成8G) 导航算法对震动和其他干扰适应能力强即使在恶劣的震动情况下也能得到满意的导航数据  使用VxWorks操作系统,实时强,可靠性高,方便裁减,方便在不同硬件平台上移植对硬件的依赖性低 硬件和接口：  嵌入式计算机系统 ARM920T内核处理器  2 G Flash (最大可扩成4G) 存储器  64 MB SDRAM 内存  GPS接收模块 接收器类型: L1 频率,16通道,可差分.  位置精度:2.0m CEP 冷起设定时间: 40s  IMU  3 陀螺: +/- 100deg/s  3 加速度计：+/- 4g  接口  12通道PWM输入(12位精度)  12通道PWM输出(12位精度)  5 路12 位精度的模拟量输入  5路数字I/O通道(高3.3V,低0V) RS-232 接口：地磁传感器 RS-232 接口：数据链  2个RS-232接口：用户任务设备  1 个以太网接口: 用于调试 参数控制精度：水平2.5m，垂直1.8m，航向1.5 度前飞速度：<25m/s(空速),爬升速度<4.5m/s,侧飞速度<4.5m/s.尺寸：107×101×117mm重量：1405 g功耗: 412 mA (12V) (不包括舵机用电)工作温度：-25 ℃～65 ℃主要指标：导航：GPS更新速率：1Hz航点模式下可移动伺服舵机、可改变高度、空速；用户可自定义待命航线和错误处理方式、缓冲区可存储多达1000个航点命令。

三）遥控遥测系统遥控遥测系统主要由遥控遥测发射机、遥控遥测接收机、天线组成地面发射机通过天线与机载接收机通讯，并将得到的信息通过地面计算机显示机载接收机通过天线得到地面上行的指令并传送到机载计算机执行硬件基本配置：数传电台(RS232 接口，波特率在 4800 以上)；发动机转速传感器（0-3V 脉宽信号或 0-5V 电压模拟信号） ；发动机温度传感器；油量传感器；电源；地面站遥测的数据有： 直升机速度、姿态、GPS 星数、航路点属性； 发动机转速、电池电压、链路告警、油量； 当前指令，各个关键传感器的状态；地面站控制界面（四）任务载荷设备载荷设备主要有气象载荷设备、电子侦察设备、通信中继设备、光学侦察设备等光学侦察设备又分为可见光侦察设备和红外侦察设备，外加与光学侦察设备配套使用的微波视频传输系统光学摄像设备技术指标：采用 1/4 英寸 CCD 成像单元具备智能防抖功能最大 312 倍变焦（26 倍光学，12 倍数码）视角：54.2°(广角端) ～2.2°(远端)最低照度：1.01 lx重量：230g尺寸：55.3 x 57.5 x 88.5 mm红外摄像设备技术指标：探测器：非制冷型红外焦平面分辨率：320 x 256 像。