PDF《无人机结构与系统》

第1章无人机结构与系统 无人机结构与系统分为结构和系统两个方面, 其中无人机结构主要是指无人机的硬件 结构, 无人机系统主要是指无人机动力系统、 控制站、 飞行控制系统、 通信导航系统、 任务载 荷系统和发射回收系统等.

1 .

1 无人机概述 1.1.1 无人机的发展历史与现状

1 8世纪后期, 热气球在欧洲升空, 迈出了人类翱翔天空的第一步.2 0世纪初期, 美国莱 特兄弟的" 飞行者" 号飞机试飞成功, 开创了现代航空的新篇章.2 0世纪4 0年代初期第二 次世界大战时, 德国成功发射大型液体火箭 V - 2, 把航天理论变成现实.1

9 6 1年, 苏联航天 员加加林乘坐" 东方1号" 宇宙飞船在最大高度为3

0 1 k m 的轨道上绕地球一周, 揭开了人类 载人航天器进入太空的新篇章. 无人机的起源可以追溯到第一次世界大战,

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1 4年英国的两位将军提出了研制一种使 用无线电操纵的小型无人驾驶飞机用来空投炸弹的建议, 得到认可并开始研制.1

9 1 5年10月, 德国西门子公司成功研制了采用伺服控制装置和指令制导的滑翔炸弹.1

9 1 6年9月12日, 第一架无线电操纵的无人驾驶飞机在美国试飞.1

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9 1 8年, 英国与德国先后研 制成功无人遥控飞机.这些被公认为是遥控无人机的先驱. 随后, 无人机被逐步应用于靶机、 侦察、 情报收集、 跟踪、 通信和诱饵等军事任务中, 新时 代的军用无人机很大程度上改变了军事战争和军事调动的原始形式.与军用无人机的百年 历史相比, 民用无人机技术要求低、 更注重经济性.军用无人机技术的民用化降低了民用无 人机市场进入门槛和研发成本, 使得民用无人机得以快速发展. 目前, 民用无人机已广泛应用于航拍、 航测、 农林植保、 巡线巡检、 防灾减灾、 地质勘测、 灾害监测和气象探测等领域. 未来, 无人机将在智能化、 微型化、 长航时、 超高速、 隐身性等方向上发展, 无人机的市场 空间和应用前景非常广阔. 1.1.2 无人机的概念 中国民用航空局飞行标准司在2

0 1 6年7月1 1日颁布的《 民用无人机驾驶员管理规定》 ( A C -

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2 0 - R

1 ) , 其对无人机及相关概念作了定义.

2 无人机组装与调试 无人机( U n m a n n e dA e r i a l , UA) 是指由控制站管理( 包括远程操纵或自主飞行) 的航空 器, 也称远程驾驶航空器( R e m o t e l yP i l o t e dA i r c r a f t , R P A) . 无人机系统( U n m a n n e dA e r i a l S y s t e m s , U A S ) 是指由无人机、 相关的控制站、 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, 也称远程驾驶航空器 系统( R e m o t e l yP i l o t e dA i r c r a f tS y s t e m s , R P A S ) .一种典型的无人机系统如图1 - 1所示. 图1 -

1 一种典型的无人机系统 无人机系统驾驶员是指由运营人指派、 对无人机的运行负有必不可少职责、 并在飞行期 间适时操纵无人机的人. 控制站也称遥控站、 地面站, 是无人机系统的组成部分, 包括用于操纵无人机的设备. 指令与控制数据链路( C o mm a n da n dC o n t r o lD a t aL i n k, C

2 ) 是指无人机和控制站之间 以飞行管理为目的的数据链接. 1.1.3 无人机的特点 1. 无人机的优势 与有人机相比, 无人机具有以下优势. (

1 )机上没有驾驶员, 无须配备生命保障系统, 简化了系统、 减轻了重量、 降低了成本. (

2 )机上没有驾驶员, 执行危险任务时不会危及飞行员安全, 更适合执行危险性高的 任务. (

3 )机上没有驾驶员, 可以适应更激烈的机动飞行和更加恶劣的飞行环境, 留空时间也 不会受到人所固有的生理限制. (

4 )无人机在制造、 使用和维护方面的技术门槛与成本相对更低. 制造方面:放宽了冗余性和可靠性指标, 放宽了机身材料、 过载、 耐久等要求. 使用方面:使用相对简单, 训练更易上手, 且可用模拟器代替真机进行训练, 节省了真 机的实际使用寿命. 维护方面:维护相对简单, 维护成本低. (

5 )无人机对环境要求较低, 包括起降环境、 飞行环境和地面保障等. (

6 )无人机相对重量轻、 体积小、 结构简单, 应用领域广泛. 2. 无人机的局限性 与有人机相比, 无人机具有以下局限性. 第1章无人机结构与系统

3 (

1 )无人机上没有驾驶员和机组人员, 对导航系统和通信系统的依赖性更高. (

2 )无人机放宽了冗余性和可靠性指标, 降低了飞行安全.当发生机械故障或电子故 障时, 无人机及机载设备可能会产生致命损伤. (

3 )无人机的续航时间相对较短, 尤其是电动无人机. (

4 )无人机遥控器、 地面站、 图传、 数传电台等设备的通信频率和地面障碍物等, 限制了 无人机系统的通信传输距离, 限制了无人机的飞行范围. (

5 )无人机的体积、 重量和动力等, 决定了无人机的抗风、 抗雨能力有限. 1.1.4 无人机的分类 目前, 无人机的用途广泛, 种类繁多, 型号各异, 各具特点. 按应用领域的不同, 无人机可分为军用无人机、 民用无人机和科研无人机. 按飞行航程的不同, 无人机可分为超近程无人机、 近程无人机、 短程无人机、 中程无人机 和远程无人机, 具体分类如表1 - 1所示. 表1 -

1 无人机的分类( 按飞行航程分) 无人机的分类 无人机的飞行航程/ k m 超近程无人机

8 0

0 按飞行高度的不同, 无人机可分为超低空无人机、 低空无人机、 中空无人机、 高空无人机 和超高空无人机, 具体分类如表1 - 2所示. 表1 -

2 无人机的分类( 按飞行高度分) 无人机的分类 无人机的飞行高度/ m 超低空无人机 0~1

0 0 低空无人机

1 0 0~1

0 0

0 中空无人机

1 0

0 0~7

0 0

0 高空无人机

7 0

0 0~1

8 0

0 0 超高空无人机 >1

8 0

0 0 按中国民用航空局飞行标准司2

0 1 6年发布的咨询通告《 民用无人机驾驶员管理规定》 ( A C -

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2 0 - R

1 ) , 无人机可分为9类, 具体分类如表1 - 3所示. 表1 -

3 无人机的分类( 按民航法规分) 无人机的分类 空机重量/ k g 起飞重量/ k g Ⅰ 0