无人机概述及系统组成.pptx

1、1无人机概述及系统组成无人机概述及系统组成无人机培训课程一概述概述无人机的定无人机的定义义无人机的分无人机的分类类无人机的发无人机的发展展 无人驾驶航空器（无人驾驶航空器（UAUA：Unmanned Aircraft Unmanned Aircraft），），是一架由遥控站管理（包括远程操纵或自主飞行）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（的航空器，也称遥控驾驶航空器（RPARPA：Remotely Remotely Piloted AircraftPiloted Aircraft），以下简称无人机。），以下简称无人机。无人机的定义 无人机系统（无人机系统（

2、UASUAS：Unmanned Aircraft System Unmanned Aircraft System），也），也称无人驾驶航空器系统（称无人驾驶航空器系统（RPASRPAS：Remotely Piloted Remotely Piloted Aircraft SystemsAircraft Systems），是指一架无人机、相关的遥控站、所），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。他部件组成的系统。无人机系统的定义 无人机系统驾驶员，由运营人指派对无人机的运行负有无人

3、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。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。人机系统运行和安全的驾驶员。无人机系统驾驶员的定义概述概述无人机的定无人机的定义义无人机的分无人机的分类类无人机的发无人机的发展展 按飞行平台构型分类：无人机可分为固定翼无人机、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。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 军用

4、无人机可分为侦察无人机、诱饵无人机、电子对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抗无人机、通信中继无人机、无人战斗机以及靶机等 民用无人机可分为巡查民用无人机可分为巡查 监视无人机、农用无人机、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。气象无人机、勘探无人机以及测绘无人机等。按用途分类按用途分类（民用）按尺度分类（法规）微、轻、小、大。微、轻、小、大。空机质量空机质量 u7 7（100 100 千米千米/小时、小时、3000 3000 米）米）u116116u57005700 按活动半径分类超近程：超近程：15km15

5、km以内以内近程：近程：1515-50km50km之间之间短程：短程：5050-200km200km之间之间中程：中程：200200-800km800km之间之间远程：大于远程：大于800km800km。按任务高度分类超低空：超低空：0 0-100m100m低空：低空：100100-1000m1000m中空：中空：10001000-7000m7000m高空：高空：70007000-18000m18000m超高空：大于超高空：大于18000m18000m 概述概述无人机的定无人机的定义义无人机的分无人机的分类类无人机的发无人机的发展展国外无人机的发展国内无人机的发展系统组成系统组成飞行器飞行器飞

6、行平台飞行平台动力装置动力装置导航飞控导航飞控电气系统电气系统任务设备任务设备控制站控制站显示系统显示系统操纵系统操纵系统通讯链路通讯链路机载机载地面地面 飞行器飞行器是指能在地球大气层内外空间飞行的是指能在地球大气层内外空间飞行的器械。通常按照器械。通常按照飞行环境飞行环境和和工作方式工作方式，把飞行器，把飞行器分为几大类分为几大类：航空器：航空器：航天器：航天器：空天飞行空天飞行器：器：火箭和导弹：火箭和导弹：巡飞弹型无人机巡飞弹型无人机：飞行器的定义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

7、空器系统组成系统组成飞行器飞行器飞行平台飞行平台动力装置动力装置导航飞控导航飞控电气系统电气系统任务设备任务设备控制站控制站显示系统显示系统操纵系统操纵系统通讯链路通讯链路机载机载地面地面 由动力装置产生前进的推力或拉力，由机体上固定的机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。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 旋翼无人机平台是一种重于空气的无人航空器，其在空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中飞行的升力由一个或多个旋翼

8、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。用获得，与固定翼为相对的关系。旋翼Rotary wing无人机平台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。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无人飞艇平台及系留气球各类变模态平台航空器-机翼结构名称航空器-机身结构名称航空器-起落装置系统组成系统组成

9、飞行器飞行器飞行平台飞行平台动力装置动力装置导航飞控导航飞控电气系统电气系统任务设备任务设备控制站控制站显示系统显示系统操纵系统操纵系统通讯链路通讯链路机载机载地面地面动力装置-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。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、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火箭发动机、电动机等。目前主流的民用无人

10、机所采用的动力系统通常为活塞式发动机和电动机两种。力系统通常为活塞式发动机和电动机两种。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、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、润滑系气系统、增压器、点火系

11、统、燃油系统、启动系统、润滑系统以及排气系统构成。统以及排气系统构成。动力装置-活塞式动力装置-电动 目前大型、小型、轻型无人机广泛采用的动力装置为活目前大型、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、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。动力电源、调速系统三部分组成。动力装置-涡喷涡轮喷气发动机的组成：v 进气道v 压气机v 燃烧室v 涡轮v 尾喷管 涡轮喷气式发动机中没有动力涡轮，只有燃气涡轮

12、，燃气涡轮后面直接布置一个尾喷管。动力装置-涡轮螺桨发动机动力装置-涡轮轴发动机系统组成系统组成飞行器飞行器飞行平台飞行平台动力装置动力装置导航飞控导航飞控电气系统电气系统任务设备任务设备控制站控制站显示系统显示系统操纵系统操纵系统通讯链路通讯链路机载机载地面地面u获得必要的导航要素：高度、速度、姿态、航向；获得必要的导航要素：高度、速度、姿态、航向；u给出满足精度要求的定位信息：经度、纬度；给出满足精度要求的定位信息：经度、纬度；u引导飞机按规定计划飞行；引导飞机按规定计划飞行；u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；

13、态管理；u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；式与预定航线飞行模式相互切换的功能；u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；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；u配合其它系统完成各种任务。配合其它系统完成各种任务。导航飞控系统-导航子系统 导航子系统功能：向无人机提供相对于所选定的参导航子系统功能：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

14、统之于无航线安全、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，人机相当于领航员之于有人机，u无人机姿态稳定与控制；无人机姿态稳定与控制；u与导航子系统协调完成航迹控制；与导航子系统协调完成航迹控制；u无人机起飞（发射）与着陆（回收）控制；无人机起飞（发射）与着陆（回收）控制；u无人机飞行管理；无人机飞行管理；u无人机任务设备管理与控制；无人机任务设备管理与控制；u应急控制；应急控制；u信息收集与传递。信息收集与传递。导航飞控系统-飞控子系统 飞控子系统是无人机完成起飞、空中飞行、执行任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

15、机实务、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。驾驶员之于有人机，是无人机执行任务的关键。导航飞控系统-常用传感器 无人机导航飞控系统常用的传感器包括角速率传感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。构成无人机导航飞控系统设计的

16、基础。导航飞控系统-飞控计算机（自驾）导航飞控计算机或简称飞控计算机是导航飞控系统导航飞控计算机或简称飞控计算机是导航飞控系统的核心部件，飞控计算机应具备如下功能：的核心部件，飞控计算机应具备如下功能：u姿态稳定与控制；姿态稳定与控制；u导航与制导控制；导航与制导控制；u自主飞行控制；自主飞行控制；u自动起飞、着陆控制；自动起飞、着陆控制；模拟式模拟式 数模混合式数模混合式 数字式数字式单余度单余度 多余度多余度导航飞控系统-飞控计算机硬件 导航飞控计算机或简称飞控计算机是导航飞控系统的核导航飞控计算机或简称飞控计算机是导航飞控系统的核心部件，飞控计算机应具备如下功能：心部件，飞控计算机应具备如下功能：u主处理控制器主处理控制器通用型处理器（通用型处理器（MPU）、微处理器）、微处理器（MCU）、数字信号处理器（）、数字信号处理器（DSP）+可编程门阵列（可编程门阵列（FPGA）u二次电源二次电源5V、15V等直流电源等直流电源u模拟量输入模拟量输入/输出接口输出接口u离散量接口离散量接口u通信接口通信接口RS232/RS422/RS485 ARINC429、1553B总线总线u余度管