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无人机体例道理ppt课件

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无人机体例道理ppt课件

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  无人机系统原理主讲:贾秋松 河北科技大学航模协会 无人机系统原理 一、无人机的发展与现状 二、无人机的特点和用途 三、无人机系统构成 四、无人机飞行与控制原理 五、无人机作业流程 六、无人机展望 多用途无人机 多用途无人机 侦察无人机 无人靶机 遥控飞机 遥控模型 1.1 无人机的起源与发展 遥控飞行器—RPV (Remotely Piloted Vehicle) 无人机—UAV (Unmanned Aerial Vehicle) 无人机在军事中的应用: 第一次世界大战,美国开发了携带高爆炸药的双翼 无人机; 越战中美军将无人机用于侦察; 以色列1973年第四次中东战争中使用无人机模拟有 人机作战群,掩护有人机突防; 以色列1982年派无人机进入贝卡谷地上空,诱使叙 利亚地空导弹雷达开机,锁定对方雷达位置; 海湾战争、科索沃战争、伊拉克战争和阿富汗战争 中美军大量使用无人机。 长13.4m,翼展 35.5m,最大起飞 重量11610kg,最 大载油量6577kg, 有效载荷900kg。 一台涡扇发动机置 于机身上方,最大 飞行速度740km/h, 巡航速度635km/h, 航程26000km,续 航时间42h。 全球鹰 可监视目标24小 时,最大续航时 间60小时。该机 装有光电/红外侦 察设备、GPS导 航设备和具有全 天候侦察能力的 合成孔径雷达, 在4000米高处分 目标定位精度0.25米。 机长8.27米,翼展14.87米,最大 活动半径3700公里,最大飞行时 速240公里。 MQ-1 捕食者 1.2 国内无人机发展概述 航模队 专业从事无人机应用或研究 无人靶机 多用途无人机 无人机行业发展的现状: 无人机近几年呈现出一种跨越式、跃迁式的发展; 我国无人机发展的正在步入“黄金年代” ,目前 中高端无人机研发与生产要掌握在中航工 业集团公司、航空航天类院校(西北工业大学第 三六五研究所爱生集团,北京航空航天大学无人 机所,南京航空航天大学无人机所)等国家队和 其他科研院所; 尽管号称有百余家企业在从事无人机研究与生产, 但真正能够严格按照研制程序开发无人机系统的 并不多。 “翔龙”高空高速无人侦察机全机长14.33米,翼展24.86米,机高5.413 米,正常起飞重量6800公斤,任务载荷600公斤,机体寿命暂定为 2500Fh。巡航高度为18000米~20000米,巡航速度大于700公里/小时; 作战半径2000~2500公里,续航时间最大10小时,起飞滑跑距离350米, 着陆滑跑距离500米。连翼飞机具有结构结实、抗坠毁能力强、抗颤振能 力好、飞行阻力小、航程远等优点。 机身长9.34米,翼展14米,机高2.7米,翼龙飞机的展弦比较大,因此升力较大、 诱导阻力较小,巡航升阻比较大,可以长时间在空中滞留。最大起飞重量:1200 公斤,最大飞行高度:5300米,最大飞行速度:280公里/小时,最大续航时间: 20小时,最大航程:4000公里,起飞滑跑距离:800米,着陆滑跑距离:600米 (刹车),最大燃油和任务载荷重量:350公斤,最大任务载荷重量:200公斤 (机翼两个挂点),最大载燃油量:300公斤[6] 1.3 国外民用无人机应用概况 美国将全球鹰和捕食者修改后,应用于民用领域, 全球鹰成为第一种被美国联邦航空管理局批准授 权可在美国空域飞行的无人机; 美国NASA下属的德莱顿飞行研究中心正在研究 将伊克纳无人机用于灭火; 美国海洋与大气局已成功将无人机用于风暴探测 的研究; 1.4 国内民用无人机发展现状 民用无人机起步晚,与发展较好的军用无人机在技术上脱 主要无人机研究单位定位于军事技术,先进的军用无人机技术向民用无人机转化不足; 民营企业充分发挥了自己的市场优势,积极投身民用无人 机行业; 民用无人机市场正在升温。 民用无人机行业存在的不足: 从航模转型的多,专业设计研究的少; 设计水平低,生产规模小; 测绘应用多,其它应用少; 机型小,总体质量水平较低。 2.1 无人机与航模 无人机的定义: 机上没有驾驶员 能一次或多次使用 可以自行控制也可以远程引导 可携带有效载荷 升力主要靠空气动力 航模:只能在视距内遥控控制 2.2 无人机的特点 机上无驾驶员,不再考虑人的安危和生理承受能 没有机上驾驶员,不考虑人的生理承受能力(大机动)和体力限制,可执行枯燥、危险、污染性 的工作,即3D任务(Dangerous,Dirty,Dull) 使用灵活,用途广泛; 成本低廉,生存力强。 2.3 无人机的分类 2.3.1按功能分类 军用无人机 侦察机、电子对抗无人机、通信中继无人机、攻击无人 机及靶标无人机等 民用无人机 各种用途的巡查和监视用无人机、航拍无人机、气象无 人机、地质勘探无人机、测绘无人机等。 2.3.2 按大小分类 微小型无人机 重量一般小于1Kg,尺寸在15cm以内 小型无人机 重量一般在1~100Kg内 中型无人机 重量一般在100~1000Kg内 大型无人机 重量一般大于1000Kg 2.3 无人机的分类 2.3.3 按活动半径分类 超近程无人机 活动半径在5~15km之间 近程无人机 活动半径在15~50km之间 短程无人机 活动半径在50~200km之间 中程无人机 活动半径在200~800km之间 远程无人机 活动半径一般大于800km 2.3 无人机的分类 2.3.4 按速度分类 低速无人机 速度一般小于0.3马赫 亚音速无人机 速度一般在0.3~0.7马赫 跨音速无人机 速度一般在0.7~1.2马赫 超音速无人机 速度一般在1.2~5马赫 高超音速无人机 速度一般大于5马赫 马赫:奥地利物理学家、哲学家、电磁铁作事道理_电磁铁的利用。心理学家、生物学家恩斯特马赫 (Ernst Mach,1838年~1916年)的简称,马赫在研究气体中物体 的高速运动时,发现了激波。他确定了以物速与声速的比值(即马 赫数)为标准,来描述物体的超音速运动。 音速:空气中的音速在1个标准大气压和15的条件下约为340米/ 2.3无人机的分类 2.3.5 按实用升限分类 超低空无人机 实用升限一般在100m以下 低空无人机 实用升限一般在100~1000m之间 中空无人机 实用升限一般在1000~7000m之间 高空无人机 实用升限一般在7000~18000m之间 超高空无人机 实用升限一般大于18000m 2.3 无人机的分类 2.4 常见无人机气动外形 2.4.1 常规布局 2.4.2 双尾撑(双尾梁)无人机 2.4.3 倒V尾无人机 2.4.4 飞翼无人机 机长:21.03米 机高:5.18米 翼展:52.43米机翼后掠角: 33度 空重:45360-49900千克 最大武器载荷:18144千克 最大燃油量:81650-90720千 正常起飞重量:152635千克最大起飞重量:170550千克 巡航速度:高亚音速,小于 331m/s;0.8马赫(12200m) 进场速度:259千米/小时 实用升限:15240米 航程:不加油10400km,空中 加油一次大于18520千米 翼负荷:329千克/平方米 推重比:0.205 2.5 认识无人机的主要技术指标 翼展 2.6m 最大起飞重量 16kg 有效载荷重量 4kg 燃料重量 2.5kg 巡航速度 110km/h 续航时间 2h 飞行半径 50km 实用升限 6000m 抗风性能 起降方式滑跑/弹射/伞降/撞网 任务载荷类型 航空测绘 无人机一般由以下部分组成: 飞行器-飞行载体 飞行控制系统 地面控制系统-地面站 任务设备-航拍仪器 起飞与降落回收系统 3.1 飞行载体 ZC—1型无人飞机 3.2 飞行控制系统 飞行控制主要有中央计算机、飞行控制类传感 器、伺服作动器、导航定位系统及通讯系统组 飞行控制类传感器包括高度/速度类传感器和姿态类传感器; 伺服作动器是将控制指令转化为舵面动作及发 动机阀门动作的执行机构。 导航定位系统:惯性导航设备、卫星定位传感 器、惯性/卫星组合定位 通讯电台 3.3 地面控制站 地面控制站主要功能: 任务规划; 飞机状态监控; 飞机和任务设备的操控; 信息处理 3.4 任务设备 常见的任务设备有: 照相机 电视摄像机 红外热像仪 光电侦察稳定平台 合成孔径雷达(SAR) 相机 Canon 5Dmark 2100万像素全画幅 可用于小飞机 航测的相机: 尼康3.5 起飞与降落 4.1 无人机飞行原理 飞机姿态角示意图 飞机受力示意图 飞机三轴角运动示意图 机翼上下表面压力示意图 机翼受力示意图 飞机爬升运动示意图 飞机转弯运动示意图 4.2 无人机控制原理 无人机的飞行控制系统主要包括传感器、机载计算机和 伺服作动设备三部分,其功能有: 1)无人机姿态稳定与控制; 2)无人机导航与航迹控制; 3)无人机起飞和着陆控制; 4)无人机任务设备管理与控制等。 无人机控制系统原理图 设备地面展开 根据任务进行航线规划 飞行前全部设备检查 启动动力系统 飞机起飞 到达作业地点、作业 返回降落 飞机落地后检查维护 获取作业数据 作业数据的后期处理 着陆6.1 军用发展热点和趋势 高集成化、多任务平台、实现一机多用 根据用途,机身尺寸向两端发展 从平台武器化到专用猎杀平台 6.2 关键技术的发展 传感器技术 数据链及通信技术 自主技术 武器系统技术 生存能力及可靠性设计技术 动力技术 地面控制站技术 6.3 民用无人机应用前景展望 无人机的主要使命是空中观察和监视。 (1)科学研究; (2)巡线)特殊使命; 目前,无人机主要用于军事目的,军用无人机占世界无人机市场90%的份 额。尽管目前民用市场的开发较少,但无人机用途广泛,它的应用前景远 大,在多个领域具有极大的应用潜力。

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