多旋翼無人機技術(shù)基礎-第1章課件

第一章概述第一章概述1概述主要內(nèi)容(1)與多旋翼無人機相關(guān)的基本概念。(2)多旋翼無人機系統(tǒng)的基本概念。(3)多旋翼無人機的構(gòu)型、用途和類型。(4)多旋翼無人機的發(fā)展歷程和市場前景。(5)民用多旋翼無人機的飛行管理。概述主要內(nèi)容2概述1.1與多旋翼無人機相關(guān)的基本概念1.1.1基本的物理概念和定律1.速度和加速度(1)速度。平均速度是指運動物體通過的一段位移和所用時間的比值，即v=s/t,常用單位為米/秒，公式中D為速度,s為位移，t為時間。運動物體在某一時刻(或某一位置)的速度，稱為瞬時速度，平時人們所說的速度大多是指瞬時速度。速度是有方向的，所以是矢量。(2)加速度。加速度即速度的改變率，是指運動物體速度的變化量0v與發(fā)生這一變化我:所用時間0l的比值，即a=Av/At，常用單位為米/(秒，秒)，公式中a為加速度。加速度是矢量，它的方向是運動物體速度變化(量)的方向，與外力的合力方向相同。如果加速度是負數(shù)，則代表減速。概述1.1與多旋翼無人機相關(guān)的基本概念3概述2.牛頓三大運動定律(1)牛頓第一運動定律。任何一個物體在不受外力或受平衡力的作用時，總是保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)，直到有作用在它上面的外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。物體具有保持運動狀念不變的性質(zhì)稱為慣性。一切物體都具有慣性，慣性是物體的物理屬性所以牛頓第一運動定律又稱為慣性定律。概述2.牛頓三大運動定律4概述2.牛頓三大運動定律(2)牛頓第二運動定律。物體的加速度跟物體所受的合外力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比。牛頓第二運動定律也稱為加速度定律，它表明力的瞬時作用規(guī)律:力和加速度同時產(chǎn)生,同時變化，同時消失。牛頓第二運動定律可以用一個矢量方程表示:F=ma.公式中m為物體的質(zhì)最，a為加速度,F為外力，應用計算時應規(guī)定正方向，兒與正方向相同的力或加速度均取止值，反之取負值概述2.牛頓三大運動定律5概述2.牛頓三大運動定律(3)牛頓第三運動定律兩個物體之間的作用力和反作用力，在同一直線上，大小相等，方向相反。牛頓第三運動定律也稱為作用力與反作用力定律。概述2.牛頓三大運動定律6概述3.動能、勢能和壓力(1)動能。動能是指物體囚運動而具有的能量。動能是能量的一種，數(shù)值上F一mu/2，公式中E為動能，m為物體的質(zhì)量，v為速度。它在國際單位制下單位是焦F(J)。動能具有瞬時性，是指力在個過程中對物體所做的功等丁在這個過程中動能的變化。動能是狀態(tài)量，無負值。動能定理:運動質(zhì)點的動能的增量等于其他物體對它所做的功。動能定理一般只涉及物休運動的始末狀態(tài)，通過運動過程中做功時能的轉(zhuǎn)化求出始術(shù)狀態(tài)的改變量。但是總的能是遵循能量守恒定律的，能的轉(zhuǎn)化包括動能、勢能、熱能、光能等能量的變化。概述3.動能、勢能和壓力7概述3.動能、勢能和壓力(2)勢能。勢能是山相互作用的物體之間的相對位置.或由物體內(nèi)部各部分之間的相對位置所確定的能量，按作用性質(zhì)的不同，勢能可以分為引力勢能、彈性勢能、電勢能和核勢能等。勢能不是屬于單獨物體所具有的，而是相萬作用的物體所共有的。(3)壓力。垂直作用于流體或固體界面單位面積上的力即為壓力。概述3.動能、勢能和壓力8概述4.空氣屬性(1)連續(xù)性假設。大氣連續(xù)性假設是在進行空氣動力學研究時，將大量的、單個分子組成的大氣看成是連續(xù)的介質(zhì)的過程。所謂連續(xù)介質(zhì)就是組成介質(zhì)的物質(zhì)連成片，內(nèi)部沒有任何空隙。在其中任意取一個微團都可以看成是由無數(shù)分子組成的，微團表現(xiàn)出米的特性體現(xiàn)了眾多分子的共同特性。對大氣采用連續(xù)性假設的理由是與所研究的對象(飛機)相比，空氣分子的平均白由行程要比飛機的尺寸小得多?？諝饬鬟^飛機表面時，與飛機之間產(chǎn)生的相互作用不是單個分子所為，而是無數(shù)分子共同作用的結(jié)果。概述4.空氣屬性9概述4.空氣屬性(2)黏性。流體都是有黏性的，空氣也是有黏性的。黏性是施加于流體的應力和由此產(chǎn)生的變形速率以一定的關(guān)系聯(lián)系起來的流體的種宏觀屬性，表現(xiàn)為流體的內(nèi)摩擦，由于黏性的耗能作用，在無外界能量補充的情況下，運動的流體將逐漸停止下來。黏性對物體表面附近的流體運動產(chǎn)生重要作用，使流速逐層減小并在物體表面上為零，在一定條件下也可使流體脫離物體表面。凡是有黏性作用的地方，各層氣流的速度是不均的，這也是摩擦阻力產(chǎn)生的根源。概述4.空氣屬性10概述5.伯努利方程伯努利定律的實質(zhì)是流體的機械能守恒，即動能+重力勢能十壓力勢能=常數(shù)。其最為著名的推論為:等高流動時，流速大，壓力就小?？諝獾拿芏仁呛苋菀纂S壓強(壓力)而改變的，但是當空氣流速不大時，由流速引起的壓強變化還不足以使空氣的密度有顯著的變化，這樣的流動稱為不可壓縮流動。概述5.伯努利方程11概述6.飛行器、飛行力學和空氣動力學(1)飛行器:空代中的運動體，一個復雜的被控對象，要想控制它，需要了解氣流特性與飛行器在氣流巾飛行時的特性。(2)飛行力學:研究飛行器在大氣中飛行時的受力與運動規(guī)律,建立飛行器動力學方程。(3)空氣動力學:空氣動力學是力學的一個分支，研究物體在同氣體進行相對運動情況下的受力特性、氣體流動規(guī)律和伴隨發(fā)生的物理和化學變化。概述6.飛行器、飛行力學和空氣動力學12概述7.自動控制和自動控制系統(tǒng)自動控制。自動控制是指在沒有人古接參與的情況下，利用外加的設備或裝置，使機器、設備或生產(chǎn)過程的某個工作狀態(tài)或參數(shù)自動地按照預定的規(guī)律運行。自動控制是相對人工控制概念而言的，是工程科學的一個分支。它利用反饋對動態(tài)系統(tǒng)的自動影響，以使得輸出值接近人們想要的值。從方法的角度看，它以系統(tǒng)理論為基礎。自動控制系統(tǒng)。自動控制系統(tǒng)，簡稱自控系統(tǒng)，是在無人直接參與下可使操縱過程或其他過程按期望規(guī)律或預定程序進行的控制系統(tǒng)。自動控制系統(tǒng)是實現(xiàn)自動化的主要手段，包括實現(xiàn)月動控制功能的裝置及其被控制對象，由控制器、被控對象、執(zhí)行機構(gòu)和變送器4個環(huán)節(jié)組成。概述7.自動控制和自動控制系統(tǒng)13概述1.1.2系統(tǒng)論的基本概念系統(tǒng)論是研究系統(tǒng)的模式性能、行為和規(guī)律的一門科學。它為人們認識各種系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)性能、行為和發(fā)展規(guī)律提供了一般方法論的指導。1.系統(tǒng)的分類所謂系統(tǒng)，是混亂無秩序的反義詞，通俗地說就是有組織、有秩序地達到某種目的的一個組合體。在自然界和人類社會中普遍存在著各種系統(tǒng)。概述14概述(1)自然系統(tǒng)。自然系統(tǒng)就是由自然物所組成的系統(tǒng)，它的特點是自然形成的。(2)人造系統(tǒng)。人造系統(tǒng)是由人工造出來的系統(tǒng)，主要有三種類型。①工程技術(shù)系統(tǒng):由人們從加工白然物中獲得的零、部件裝配而成的系統(tǒng)。②管理系統(tǒng):由一定的制度組織、程序、手續(xù)等所構(gòu)成的系統(tǒng)。③科學體系:根據(jù)人們對白然現(xiàn)象和社會現(xiàn)象的科學認識所創(chuàng)立的系統(tǒng)。(3)復合系統(tǒng)。復合系統(tǒng)是自然系統(tǒng)與人造系統(tǒng)相結(jié)合的系統(tǒng)?，F(xiàn)實生活中的大多數(shù)系統(tǒng)都是復合系統(tǒng)。概述15概述(4)靜態(tài)系統(tǒng)與動態(tài)系統(tǒng)。靜態(tài)系統(tǒng)是指系統(tǒng)的性能與功效不隨時間而改變，反之就是動態(tài)系統(tǒng)。應注意的是靜態(tài)系統(tǒng)并非指系統(tǒng)中切都絕對靜止，即使是靜態(tài)系統(tǒng)，仍存在著少量的物質(zhì)、能量交換。(5)封閉系統(tǒng)與開放系統(tǒng)。當系統(tǒng)與環(huán)境聯(lián)系不密切，即很少與環(huán)境發(fā)生能量、物質(zhì)、信息的交換時，該系統(tǒng)稱為封閉系統(tǒng)。(6)實體系統(tǒng)與虛擬系統(tǒng)。實體系統(tǒng)是以礦物、生物、機械、人類等實體物理方面的存在物為組成部分的系統(tǒng)。與此相對應虛擬系統(tǒng)是以概念、想象、原理法則、方法、制度、步驟、手續(xù)等非物理方面的存在物為組成部分的系統(tǒng)。概述(4)靜態(tài)系統(tǒng)與動態(tài)系統(tǒng)。16概述2.系統(tǒng)論的基本理論系統(tǒng)論的基本理論可以概括為以下4個方面。(1)整體的功能不等于各部分功能之總和。系統(tǒng)論的這理論也稱為“整體性原則”。它要求人們在研究和處理問題時，要牢固地樹立全局觀念.始終把研究對象看作個有機的整體。(2)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)內(nèi)部各個要索的組織形式，功能是系統(tǒng)在定環(huán)境下所能發(fā)揮的作用。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定系統(tǒng)的功能，不同的結(jié)構(gòu)可以發(fā)生不同的功能。(3)動態(tài)觀點。任何系統(tǒng)都是一個運動過程.如思維過程以感覺、知覺、記憶、分析、綜合等來表征它的運動過程。系統(tǒng)論控制論信息論都是以動態(tài)的觀點去分析考查事物，注意事物的運動狀態(tài)，考察研究事物運動的過程，從而選擇恰當?shù)倪^程。(4)最優(yōu)化觀點。人們對系統(tǒng)進行研究和改造的最終目的是為了使系統(tǒng)發(fā)揮最優(yōu)的功能。概述2.系統(tǒng)論的基本理論17概述1.1.3控制論的基本概念1.控制和控制論的定義控制是施控者作用于受控對象的一種主動行為，使受控對象按照施控者的意愿行動，如領(lǐng)導、指揮、管理、教育、設計、調(diào)節(jié)等都是主動的控制行為。控制是有目的的，如果控制系統(tǒng)的目的是一個，則稱其為單日標控制系統(tǒng);如果是多個,則稱其為多目標控制系統(tǒng)。概述1.1.3控制論的基本概念18概述2.反饋控制所謂反饋就是指在完成控制的過程中，收集行動效果的響應信息,并把其響應同日的要求相比較進行工作的調(diào)整。這種行動后果的響應信息就稱為反饋信息，當行動響應同目標要求一致時，控制過程便完成了;當行動響應效果偏離目標甚至背道而馳時.就需要對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)，使其逐步接近目標，最后使系統(tǒng)能得到合理的發(fā)展。概述2.反饋控制19概述3.前饋控制前饋控制是沒有反饋信息的控制，系統(tǒng)中只有前饋的控制信息通道，通常只應用于比較簡單的場合，在工程建設項目中較少采用。概述3.前饋控制20概述1.2多旋翼無人機系統(tǒng)的基本概念1.2.1多旋翼無人機的定義旋翼飛行器是利用旋與轉(zhuǎn)動產(chǎn)生升力的飛行器，它是一個大家族，包括傳統(tǒng)的旋類機.單旋翼百升機和多旋翼飛行器等。概述1.2多旋翼無人機系統(tǒng)的基本概念21概述1.旋翼驅(qū)動方式的分類旋翼飛行器如果按照旋翼驅(qū)動方式(有無發(fā)動機驅(qū)動)來分類，可以分為兩大類。(1)旋翼由發(fā)動機驅(qū)動的旋翼機，如單旋翼直升機和多旋翼飛行器，其旋翼由發(fā)動機(汽油發(fā)動機或電動機)驅(qū)動，優(yōu)點是可以垂直起降及在空中懸停不動。(2)旋翼無發(fā)動機驅(qū)動的旋翼機，它是一種利用前飛時的相對氣流吹動旋據(jù)自轉(zhuǎn)以產(chǎn)生升力的旋翼航空器。概述1.旋翼驅(qū)動方式的分類22概述2.無人機、航空模型和航模運動1)無人機無人機即無人駕駛飛機(UnmannedAerialVehicleUAV),是一種以無線電遙控(半白主控制方式)或由自身程序控制為主(全自主控制方式)的無人(不搭載駕駛員)的飛機。它是高科技新技術(shù)的集中載體，與載人飛機相比，它具有體積小、造價低效費比好;無人員傷亡風險,生存能力強，機動性能好，使用方便、成本低,用途廣泛等許多優(yōu)點。它的研制成功和運用，揭開了以遠距離攻擊型智能化武器、信息化武器為主導的“非接觸性戰(zhàn)爭”的新篇章，備受世界各國軍隊的青睞。它在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中有極其重要的作用，在民用領(lǐng)域也有廣闊的前景。概述2.無人機、航空模型和航模運動23概述2)航空模型航空模型簡稱航模。一般認為不能飛行的，以某種飛機的實際尺寸按一定比例制作的模型稱為飛機模型，而把能在空中飛行的模型稱為模型飛機，即航空模型。航空模型是種有尺寸和重量限制的微型航空器，在國際航空聯(lián)合會(FAI)制定的競賽規(guī)則甲明確規(guī)定:航空模型是一種重于空氣的，有尺寸限制的.帶有或不帶有發(fā)動機的，可避控的、不能載人的航空器。概述2)航空模型24概述3)航模運動航空模型運動是以放飛操縱自制的航模進行競賽和創(chuàng)紀錄飛行的一項航空運動。它既是一項體育運動又是一項科技競賽活動，它的生命力在于它的趣味性和知識性，有助于培養(yǎng)人們對航空事業(yè)的興趣，普及航空知識。親手制作的航模翱翔藍天往往會使青少年產(chǎn)生美好的遐想。概述3)航模運動25概述3.多旋翼無人機的定義多旋冀無人機的英文為MultirotorUnmannedAircraft,縮寫為MUA,就是多旋翼無人駕駛飛行器，簡稱為多旋翼無人機或多旋翼無人直開機。它是一種沒有搭載駕駛?cè)藛T的旋翼飛行器,具有垂占起降、空中懸停、低空飛行和原地回轉(zhuǎn)等獨特飛行技能，在軍用和民用市場上都大有用武之地.概述3.多旋翼無人機的定義26概述1.2.2多旋翼無人機系統(tǒng)及其飛行機組1.多旋翼無人機系統(tǒng)的定義多旋翼無人機系統(tǒng)包括旋翼機系統(tǒng)、地面系統(tǒng)、任務載荷和綜合保障系統(tǒng)，其中旋翼無人機系統(tǒng)有飛行器平臺、動力系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)。導航系統(tǒng)、避讓防撞系統(tǒng)、起降著陸裝置、數(shù)據(jù)鏈路機載終端等組成;地面系統(tǒng)包括地面指揮控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈路地面終端、地面鋪助設備系統(tǒng)等;任務載荷是多旋翼無人機完成任務所需的設備，如航拍攝影、空中監(jiān)視、電力架線、災難救援、氣象觀測、地理測繪、資源勘探、管道巡檢及農(nóng)林植保等領(lǐng)域的各種專用設備;綜合保障系統(tǒng)是保證多旋翼無人機系統(tǒng)能夠正常工作的支援保障系統(tǒng)，主要包括人員及其使用培訓維護維修設備、通信和機場設施等。概述1.2.2多旋翼無人機系統(tǒng)及其飛行機組27概述2.多旋翼無人機飛行機組在多旋翼無人機系統(tǒng)所有的要素中，人是決定性因素，因為多旋翼無人機設計生產(chǎn)和應用飛行所需要的資金、設備、原材料、科學技術(shù)等都是靠人去掌握、組織和運用的，要提高多旋翼無人機的飛行性能和使用效率，也必須通過人的努力去實現(xiàn)、特別是大中型多旋翼無人機系統(tǒng)。在實際應用飛行過程中，為保障能順利完成任務，需要有一個飛行機組來執(zhí)行其飛行任務，其主要組成人員包括以下幾個。概述2.多旋翼無人機飛行機組28概述(1)駕駛員。多旋翼無人機駕駛員是經(jīng)過正規(guī)培訓，并取得了駕駛資格的“飛手”。每次執(zhí)行具體的操縱多旋翼無人機飛行任務時要由運營人任命指派。他是在多旋翼無人機飛行期間適時操縱飛行控件的人，對多旋翼無人機的飛行負主要職責。概述(1)駕駛員。29概述(2)機長。多旋翼無人機系統(tǒng)的機長是指在多旋翼無人機系統(tǒng)飛行時間內(nèi)，全面負責整個系統(tǒng)飛行和安全的駕駛員。機長對多旋翼無人機的運行直接負責,并具有最終決定權(quán)。在飛行中遇有緊急情況時，機長必須采取適合當時情況的應急措施。概述(2)機長。30概述(3)觀測員。多旋糞無人機觀測員的任務是通過月視觀測多旋翼無人機的飛行狀況，協(xié)助駕駛員安全實施飛行。觀察員由運營人指定訓練有素的人員相任。(4)運營人。運營人是指從事或擬從事多旋翼無人機運營的個人、組織或企業(yè)。概述(3)觀測員。31概述3.載人多旋翼飛行器和旋翼自轉(zhuǎn)狀態(tài)雖然多旋翼無人機最大的特點是機上無人操縱駕駛，即機上沒有搭載駕駛員，依靠本身的自動控制系統(tǒng)白主控制飛行，但并不是說這種機型就不適合用作載人(旅客)的客機。概述3.載人多旋翼飛行器和旋翼自轉(zhuǎn)狀態(tài)32概述1.3多旋翼無人機的構(gòu)型、用途及分類1.3.1多旋翼無人機的構(gòu)型和用途1.多旋翼無人機的外形結(jié)構(gòu)多旋翼無人機的外形結(jié)構(gòu)多種多樣，通常有以下幾種構(gòu)型。概述1.3多旋翼無人機的構(gòu)型、用途及分類33概述1)以旋翼數(shù)量劃分根據(jù)多旋翼無人機所具有的旋賞數(shù)量，其可分為4.6.8.12.16.18、24.36旋翼等多種類型。不同能翼數(shù)量的構(gòu)型其空氣動力學特性也各其特色，其中4旋翼無人機結(jié)構(gòu)簡單，機動件很好，能夠做山3D特技，是許多玩家的最愛;而6旋翼.8旋翼無人機則穩(wěn)定性更好，是航空攝影攝像的良好平臺;還有其他旋黨數(shù)量的構(gòu)型也深受需求各異的用戶喜愛。概述1)以旋翼數(shù)量劃分34概述2)以旋翼分布位置劃分根據(jù)最前與最后兩個旋翼軸的連線與機體前進方向是否在同直線上，可將多旋翼無人機劃分為1型(或稱為+型)利X型兩種。如果連線與前進方向是在同直線上，則多旋翼無人機呈工型，否則呈X型。山于X型結(jié)構(gòu)的實用載荷前方的視野比I型的更加開闊.所以在實際應用中，多旋翼無人機大多采用X型外形結(jié)構(gòu)。除了這兩種類型以外，還有其他類型的結(jié)構(gòu)外形，包括V型,Y型和IY型等概述2)以旋翼分布位置劃分35概述3)以共軸發(fā)動機數(shù)量劃分為了在不增大體積的情況下使多旋與無人機的馬小(總功率)更大，最簡單的辦法是把兩臺發(fā)動機上下疊放。上下兩臺發(fā)動機分別驅(qū)動兩個大小相同、轉(zhuǎn)向相反的旋冀轉(zhuǎn)動(如圖1-4所示)，使它們產(chǎn)生的反批矩相互抵消。其構(gòu)型如圖1-3所示，包括IY型共軸雙槳3軸6旋翼、Y型共軸雙槳3軸6旋糞、V型共軸雙槳4軸8旋冀等類型。這種構(gòu)型雖然能節(jié)省空間，但由于上下疊放的兩個旋翼之間存在著較大的空氣動力干擾，會導致效率下降20%。概述3)以共軸發(fā)動機數(shù)量劃分36概述4)以旋翼能否傾轉(zhuǎn)劃分傾轉(zhuǎn)4旋翼無人機是種將固定翼無人機和單旋糞無人百升機的特點融為一體的多旋翼無人機。概述4)以旋翼能否傾轉(zhuǎn)劃分37概述2.多旋翼無人機的用途多旋翼無人機具有垂直起降、空中懸停、低空飛行和原地回轉(zhuǎn)等獨特飛行技能，可廣泛應用于國民經(jīng)濟建設的各個領(lǐng)域。它可搭載各種專業(yè)設備儀器，承擔和完成各種危險、單調(diào)的工作,在惡劣環(huán)境下進行全天候作業(yè)。其應用范圍極為廣泛，主要包括以下幾個方面。(1)石油開發(fā)服務、輸油管路監(jiān)測和安全保護。(2)消防部門的火情探查、監(jiān)視，消防滅火、消防搶險、災害救援。的外形結(jié)構(gòu)示意圖(3)林業(yè)部門的護林防火、播種和病蟲害防治。(4)物流快遞公司送貨。(5)交通部門的道路交通檢測、疏導與控制，海港的接送引航員服務。概述2.多旋翼無人機的用途38概述(6)電力部門的輸電線路建設、巡查和維護。(7)新聞及電影攝制的航空攝像及照相。(8)農(nóng)牧業(yè)的農(nóng)作物監(jiān)測、噴灑農(nóng)藥、牧群監(jiān)測與驅(qū)趕。(9)海岸警衛(wèi)的海面搜尋、海岸巡邏、海界標監(jiān)測。(10)環(huán)保部門的環(huán)境污染及士地狀況監(jiān)測。(11)海關(guān)與稅收部門的非法走私監(jiān)視邊界巡邏。(12)海洋漁業(yè)部門的漁業(yè)保護、海洋資源調(diào)查概述(6)電力部門的輸電線路建設、巡查和維護。39概述(13)地方政府的大氣參數(shù)采集與檢測、分析,災害普查、搶險和救援。(14)警察部門的反恐、失蹤人員搜尋、落水人員救生、安全與突發(fā)事件監(jiān)視、現(xiàn)場處理。(15)普查機構(gòu)的地理、地質(zhì)、考古勘定.(16)河道管理部門的水路和水情監(jiān)測、洪水與污染控制。(17)水務部門的水務與水管道監(jiān)測維護。(18)實現(xiàn)載人化,搭乘旅客，作為便捷的交通運輸工具等。概述(13)地方政府的大氣參數(shù)采集與檢測、分析,災害普查、搶40概述1.3.2多旋翼無人機的分類1.多旋翼無人機的主要分類方法1)油動多旋翼無人機以然油發(fā)動機作為動力來源，包括活塞發(fā)動機、定軸禍輪發(fā)動機、月由渦輪發(fā)動機等機型。油動多旋冀無人機屬f旋翼漿距可控類，即旋翼變距類。這里有一點需要特別強調(diào)的是:雖然它與單旋翼百升機一樣具有旋異槳距操縱系統(tǒng)，但它與單旋翼直升機最大的區(qū)別是只操縱旋翼總矩取消了旋糞周期變矩控制和尾槳，即取消了單旋翼直升機旋翼槳距操縱系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)復雜的自動斜傾器、液壓系統(tǒng)和尾槳，從而大大簡化了總體結(jié)構(gòu)。油動多旋翼無人機大多是大、中小型的無人旋翼飛行器，屬于工業(yè)級或商業(yè)級類。概述1.3.2多旋翼無人機的分類41概述2)電動多旋翼無人機以電動機作為動力來源，采用直流電機作為驅(qū)動旋翼旋轉(zhuǎn)的發(fā)動機，發(fā)動機類型大多為無刷直流電機，也有部分使用有刷直流電機的情況，所有電機運轉(zhuǎn)所需的能量由聚合物鋰電池或新能源方式(如燃料電池)提供。電動多旋冀無人機屬于旋翼槳距不可控類，即旋翼變速類。電動多旋翼無人機空氣螺旋槳的槳矩是固定的，其向上的升力大小取決于空氣螺旋槳的轉(zhuǎn)速.轉(zhuǎn)速越大，開力越大，轉(zhuǎn)速越小,開力越小。電動多旋翼無人機大多是微微型、微型和輕型的無人旋翼飛行器,屬于消費級類(航模)，比較適合個人使用，特別適合個人自己動手組裝(DIY)。概述2)電動多旋翼無人機42概述2.多旋翼無人機的其他分類方法多旋翼無人機的其他分類方法，包括按照旋翼數(shù)最用途重量.控制方式和市場定位等分類方法。下面按常用的幾種分類方法對多旋冀無人機進行分類。1)按外形結(jié)構(gòu)劃分根據(jù)多旋翼無人機所具有的旋翼數(shù)量可將其分為4.6.8.12.16.18.24.36旋撰等類型;按照旋翼分布位置可將其劃分為工型、X型、V型、Y型和IY型等類型;根據(jù)共軸引擎數(shù)量可將其分為3、4.6.8、12、16軸雙槳多旋翼等類型。概述2.多旋翼無人機的其他分類方法43概述2)按用途劃分多旋翼無人機依據(jù)其用途分類有民用和軍用兩類。(1)民用多旋翼無人機:多旋翼無人機在民用方面應用范圍極為廣泛，可以細分為許多種類型。(2)軍用多旋翼無人機:多旋翼無人機在軍事方面的應用主要有邊防巡邏,空中偵察、監(jiān)視，排爆掃雷.對地攻擊、空中格斗、攔截導彈、實施精確打擊利白殺性攻擊，以及傷員教助等。概述2)按用途劃分44概述3)按重量劃分多旋翼無人機依據(jù)共重量分類有以下5種。(1)微微型多旋翼無人機(l類):空機重量和起飛全重小于1.5千克。(2)微型多旋翼無人機(I類):空機重量介于1.5~4下克之間，起飛全重介于1.5~7千克之間。(3)輕型多旋翼無人機(皿類):空機重量介于1~15千克之間，起飛全重介于7~25千克之間。(4)小型多旋糞無人機(IV類):空機重量介于15~116下克之間，起飛全重介于25~150下克之間。(5)大中型多旋翼無人機:空機重量大于116千克，起飛全重大于150千克。概述3)按重量劃分45概述4)按控制方式劃分多旋翼無人機的飛行控制方式-般有半自主控制和全白主控制兩種方式。(1)半自主控制方式:半白主控制方式是指白動駕駛儀的控制算法能夠保持多旋翼無人機的姿態(tài)穩(wěn)定(或定點)等,但無人機還是需要通過人員遙控操縱。半自主控制方式多旋冀無人機的飛行需逼控操縱，無需地面站，大多屬于航模范疇或玩具類。(2)全自主控制方式:全自主控制方式是指自動駕駛儀的控制算法能夠完成多旋翼無人機航路點到航路點的位置控制以及自動起降等。在這種控制方式下，多旋翼無人機可以在無人駕駛的條件下完成復雜的空中飛行任務和搭載各種負載任務，可以被看作是“空中機器人”。概述4)按控制方式劃分46概述5)按市場定位劃分多旋冀無人機按其應用市場定位級別，包括機型、動力、航時載重和售價等，可以劃分為以下三種。(1)工業(yè)級:大中型多旋翼無人機，大多為油動變距型，旋翼直徑較大，具有大續(xù)航時間和大載重，主要用于包括農(nóng)業(yè)、林業(yè)、物流電力安防、警用、消防、測繪、巡邏搜救監(jiān)測，以及排爆掃雷、對地攻擊等民用和軍用的廣泛應用領(lǐng)域，售價為幾十萬、幾百萬或幾干萬元。概述5)按市場定位劃分47概述(2)商用級:大中小型多旋翼無人機，大中型大多為油動變距型,小型大多為電動變速型，航時、載重和售價介于工業(yè)級和消費級之間，售價為十幾萬或幾十萬元。(3)消費級:微微型、微型和輕型多旋翼無人機，大多為電動變速型，空氣螺旋槳直徑小，結(jié)構(gòu)簡單、造價低航時短、載重小，屬于航模和玩具性質(zhì)，比較適合個人使用，售價為幾千或兒萬元。概述(2)商用級:大中小型多旋翼無人機，大中型大多為油動變距48概述6)按有無載客能力劃分按這種方法可將多旋翼無人機劃分為可載人和不可載人兩類，其中可載人的類型稱為載人多旋翼飛行器.或稱為多旋翼客機，主要用作便捷的空中交通運輸T具，特別適合于山區(qū)草原、農(nóng)牧場、海島等交通不便利的地區(qū)，以及用來解決大城市地面道路擁堵的難題。概述6)按有無載客能力劃分49概述1.4多旋翼無人機的發(fā)展歷程和市場前景1.4.1多旋翼無人機的發(fā)展歷程1.探索階段:20世紀90年代初之前歸納起來，多旋翼飛行器在技術(shù)探索階段遇到的主要障礙有:(1)慣性導航系統(tǒng)休積龐大，重達數(shù)十千克.難以應用在小型飛行器上;(2)電了自動控制系統(tǒng)不成熟;(3)電子計算機體積大，運算速度慢。概述1.4多旋翼無人機的發(fā)展歷程和市場前景50概述2.奠基階段:20世紀90年代初至2005年在這階段，相關(guān)的市大成果主要有:(1)MEMS慣性導航系統(tǒng)成熟.重量只有幾克;(2)MEMS去噪聲的數(shù)學算法成熟;(3)出現(xiàn)了運算速度快體積小、重量輕的電子計算機(單片機)。概述2.奠基階段:20世紀90年代初至2005年51概述3.起步階段:從2005年至2010年4.大發(fā)展階段:從2010年開始2010年是多旋翼無人機大發(fā)展的元年。在這一年，法因的Parrot公司經(jīng)過6年努力(2004~2010年)發(fā)布了世界上第款真正受到大眾關(guān)注的4旋翼無人機AR.Dronc,它不僅控制簡單，可實現(xiàn)懸停，還可以通過WiFi將所搭載相機拍攝到的圖像傳送到手機上，并開放了AP1接口供科研人員開發(fā)應用。AR.Dronc性能非常優(yōu)秀，輕便靈活、操作便捷，最終大獲成功。概述3.起步階段:從2005年至2010年52概述1.4.2多旋翼無人機市場1.多旋翼無人機市場商機無限從多旋糞無人機的應用領(lǐng)域上來看.其已經(jīng)由原來以微輕型無人機發(fā)燒友和愛好者為主的娛樂功能問航拍搜教物流、消防、監(jiān)測運輸?shù)阮I(lǐng)域發(fā)展市場空間大大拓展。(1)娛樂功能。娛樂功能主要看重微輕型多旋翼無人機的飛行穩(wěn)定性，技術(shù)上難度不大，價格便宜。搭載攝像功能的多旋翼無人機可以說是“會飛的照相機”，它前所末有地將人們的視野拓展￥高空隨時隨地拍攝出荒撼無比的鳥瞰照片及炫酷視頻，吸引了無數(shù)消費者的目光。娛樂功能作為多旋翼無人機應用的“前頭兵”，對于蔡個行業(yè)的初期發(fā)展功不可段。概述1.4.2多旋翼無人機市場53概述(2)航拍功能。航拍功能要求多旋翼無人機的穩(wěn)定性、續(xù)航能力和裝載能力，目前已經(jīng)得到廣泛重視，并由此產(chǎn)生了專門的航拍產(chǎn)業(yè)。例如，好萊塢原來使用直升機拍攝電影，租金高達每小時2萬美金，面使用多旋翼無人機以后，成本大大降低。(3)搜尋功能。搜尋功能要求多旋翼無人機能夠識別目標并發(fā)回反饋，災難預防則要求多旋翼無人機能夠處理地面數(shù)據(jù)，在技術(shù)上的要求比較高，但是市場潛力很大。概述(2)航拍功能。54概述(4)物流功能。物流功能要求多旋翼無人機能安全穩(wěn)定地飛行，準確識別目標，并能應對途中各種突發(fā)情況，技術(shù)要求最高，但物流效率會得到極大提升，其市場空間很大。例如亞馬遜PrimeAir服務利用小型多旋翼無人飛行器drones,送貨速度可以達到50英里小時。(5)消防功能。消防功能包括火情探在、現(xiàn)場監(jiān)視、消防滅火、消防搶險、災害救援等，其中高層建筑的消防救火是世界性難題，使用多旋翼無人機可有效解決這個難題。多旋冀無人機可以攜帶高壓水槍、無后座力空氣炮、脈沖水霧炮，投擲消防器材、救援器材等，飛到高空近距離進行滅火救災作業(yè)。概述(4)物流功能。物流功能要求多旋翼無人機能安全穩(wěn)定地飛行55概述(6)警用功能。多旋翼無人機可以攜帶攝像、紅外及圖像傳輸裝置，于空中實施近距離實時監(jiān)控，同時可以攜帶抓捕網(wǎng)槍、催淚瓦斯等從空中進行遠距離抓捕罪犯，以及處理反恐防暴、失蹤人員搜尋、落水人員救牛、群發(fā)突發(fā)事件監(jiān)視、現(xiàn)場處理等工作。(7)植保功能。植保功能是指多旋翼無人機應用于農(nóng)業(yè)梢保，為大面積衣產(chǎn)品種植提供農(nóng)藥、化肥嗩撒服務，以及進行農(nóng)作物生長情況監(jiān)測牧群監(jiān)測與驅(qū)趕等作業(yè)。概述(6)警用功能。多旋翼無人機可以攜帶攝像、紅外及圖像傳輸56概述(8)巡測及其他功能。巡測及其他功能包括多旋翼無人機應用于電力部門的輸電線路建設巡查和維護;石油輸油管路巡視監(jiān)測和安企保護;森林護林防火巡視監(jiān)測;海關(guān)與稅收部門的非法走私監(jiān)視、邊界巡邏;海岸幣衛(wèi)的海面搜了、海岸巡邏等。(9)交通運輸功能。隨者載人型鄉(xiāng)能翼無人機的快速發(fā)展，載人的多旋翼無人機作為人們出行用的一種新型的航空交通運輸工具。具有可在自家后院或家門口起飛降落、飛行速度快、在途時間短以及安全可靠、舒適便捷等許多優(yōu)點。可以預見到不久的將來，載人型多旋翼無人機會像小汽車一樣普及。概述(8)巡測及其他功能。巡測及其他功能包括多旋翼無人機應用57概述2.國內(nèi)外多旋奚無人機發(fā)展現(xiàn)狀的對比分析縱觀當下多旋翼無人機的國際市場，盡管國際巨頭紛紛布局多旋翼無人機行業(yè)，但是在這快速成長的市場中，中國多旋其無人機企業(yè)無論在技術(shù)上還是銷量上，都已經(jīng)占據(jù)了絕對的主導地位，相關(guān)統(tǒng)計資料數(shù)據(jù)表明，中國多旋糞無人機出口已占據(jù)全球90%的市場。概述2.國內(nèi)外多旋奚無人機發(fā)展現(xiàn)狀的對比分析58概述1)人才培養(yǎng)人力資源是人世間最寶貴的資源，任何事業(yè)要想求得大的發(fā)展，最重要的是必須以“造就人”作為根本。當前我國多旋翼無人機事業(yè)蓬勃發(fā)展、興旺發(fā)達的局面，主要得益于國家對高科技人才培養(yǎng)工作的高度重視。在國內(nèi)有關(guān)學術(shù)研究方面，國防科技大學在2004年即開始了對微型多旋翼飛行器的研究并進行了一系列的建模和實踐:哈爾濱工業(yè)大學、南京航空航天大學、西北工業(yè)大學等高校也在該領(lǐng)域相繼進行了較多的實驗和探索。概述1)人才培養(yǎng)59概述2)軟件技術(shù)中國多旋糞無人機企業(yè)如大疆創(chuàng)新、零度智控等公同大都發(fā)源于高校及軍事院所在技術(shù)上具有較多的儲備。加上國內(nèi)企業(yè)發(fā)世相關(guān)軟件和算法時間較早，所以占據(jù)了先發(fā)優(yōu)勢，使得后來行業(yè)興起時國內(nèi)企業(yè)能夠“一步早”而“步步早”，在技術(shù)上領(lǐng)先國外企業(yè)。概述2)軟件技術(shù)60概述3)硬件成本從硬件上來說，微輕小型多旋翼無人機(航模)其實壁壘并不高，主要是一些精密零件的組裝和空氣動力學的設計。借助于國內(nèi)完善的電子元器件供應鏈，中國多旋翼無人機企業(yè)能夠以較低的成本生產(chǎn)和銷售產(chǎn)品，大大提高了產(chǎn)品的性價比。概述3)硬件成本61概述1.5.1航空空域的劃分空域是國家資源，事關(guān)國家主權(quán)受到軍隊的嚴密控制、保護和管理。和平時期，為了保證飛行安全及提高運行效率，航空器運行的空間被劃分為各類空域，用以規(guī)范航空器的運行行為及相應的空中交通服務?？沼蚬芾砼c使用是面向公眾的公共服務，以保隙空域得到合理、充分和有效的利用。概述1.5.1航空空域的劃分62概述1.民用航空空域劃分我國民用航空空域劃分為以下幾類。(1)飛行情報區(qū)。飛行情報區(qū)是為了提供飛行情報服務和告警服務而劃定范圍的空間。全國共劃分為沈陽北京、上海、昆明、廣州、武漢、蘭州、烏魯木齊、三業(yè)、香港和臺北11個飛行情報區(qū).(2)管制空域。管制空域是個劃定的空間，在其中飛行的航空器要接受空中交通管制服務。根據(jù)所劃空域內(nèi)的航路結(jié)構(gòu)和通信導航氣象監(jiān)視能力，我國將管制空域分為A、B.C.D4類概述1.民用航空空域劃分63概述(3)禁區(qū)。禁區(qū)是禁止航空器飛行的一個劃定范圍的空域。禁區(qū)的設置通常是為了保護重要的國家設施、工業(yè)集團(避免由于航空器事故引起災難性的后果，如核電站、敏感的化工集團)或者是關(guān)系到國家安全保衛(wèi)的特別敏感的設施。(4)限制區(qū)。限制區(qū)是在-個國家的陸地或領(lǐng)海上空根據(jù)某些規(guī)定條件限制航空器飛行的一-個劃定范圍的空域，如飛行空域、炮射區(qū)、靶場等。概述(3)禁區(qū)。禁區(qū)是禁止航空器飛行的一個劃定范圍的空域。64概述(5)危險區(qū)。危險區(qū)是一個劃定范圍的空域，在規(guī)定的時間內(nèi)此空域中可能存在對飛行有危險的活動。危險區(qū)不僅可以在主權(quán)空域內(nèi)設置，也可以在公海上空等非主權(quán)空域內(nèi)設置，但應公布時間和高度范圍，以及設置危險區(qū)的原因。(6)航路。在我國，航路的寬度(即航路保護區(qū)的寬度)為航路中心線兩側(cè)各10千米。(7)航線。滿足定期航班需求而尚未建立航路的航線稱為固定航線;由于臨時性的航空運輸或通用航空飛行的需要在航路和固定航線之外飛行的航線稱為臨時航線。航線導航設備不能保證航空器進行IFR飛行時,應進行VFR飛行。概述(5)危險區(qū)。危險區(qū)是一個劃定范圍的空域，在規(guī)定的時間內(nèi)65概述2.低空空域劃分民用航空飛行高度一般在6000米以上。低空空域指的是1000米以下的飛行區(qū)域。我國已經(jīng)開放低空空城，給廣大老百姓的私人飛行器(包括有人駕駛和尤人駕駛的飛行器)使用，以發(fā)展繁榮我國的航空業(yè)。低空空域劃分為管制空域監(jiān)視空城報告空域三類,其準人條件如下。概述2.低空空域劃分66概述(1)管制空域。飛行計劃獲得許可;航空然配備甚高頻通信設備、高精度高度表、二次雷達應答機和廣播式自動相關(guān)監(jiān)視設備(ADSB);無線電保持持續(xù)雙向暢通;民用航空器駕駛員實施口視飛行最低應持行私人執(zhí)照或達動執(zhí)照、學生執(zhí)照，實施儀表飛行最低應持有私人執(zhí)照。(2)監(jiān)視空域。飛行計劃已報備;航空器配備甚高頻通信設備和廣播式自動相關(guān)監(jiān)視設備:無線電保持持續(xù)雙向暢通;民用航空器駕駛員最低應持行運動執(zhí)照或?qū)W生執(zhí)照;空城內(nèi)飛行航空器空速不大于450F米/小時。(3)報告空城。飛行計劃已報備，民用航空器駕駛員最低應持有運動執(zhí)照或?qū)W生執(zhí)照;空域內(nèi)飛行航空器空速不大于450千米/小時。概述(1)管制空域。67概述3.無人機飛行空域劃分和分類管理1)無人機飛行空域劃分它包括多旋翼無人機在內(nèi)的無人機飛行空城主要依靠完善的法規(guī)和制度、科學的空域劃設、靈活的飛行程序、共享的信息平臺、準確的通信和監(jiān)視來進行管理。概述3.無人機飛行空域劃分和分類管理68概述(1)視距內(nèi)運行(VisualLineofSightoperations,VLOS);無人機駕駛員或觀測員與無人機保持直接目視視覺接觸的操作方式，無人機處于駕駛員或觀測員目視視距內(nèi)半徑我:500米，相對高度低于120米的飛行區(qū)域內(nèi)。(2)超視距運行(ExtendedVL.OS,EVLOS):無人機在目視視距以外的運行。(3)融合空域:是指有其他有人駕駛航空器同時運行的空域。(4)隔高空城:專門分配給無人機運行的空域，通過限制其他航空器的進人以規(guī)避碰撞風險。概述(1)視距內(nèi)運行(VisualLineofSigh69概述(5)人口稠密區(qū):是指城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村、繁忙道路或大型露天集會場所等區(qū)域。(6)重點地區(qū):是指軍事重地、核電站和行政中心等關(guān)乎國家安全的區(qū)城及周邊，或地方政府臨時劃設的區(qū)域。(7)機場凈空區(qū):也稱機場凈空保護區(qū)域，是指為保護航空器起飛、飛行和降落安全，根據(jù)民用機場凈空障礙物限制圖要求劃定的空間范圍。概述(5)人口稠密區(qū):是指城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村、繁忙道路或大型露天集會70概述2)無人機飛行管理的分類民用無人機劃分為7類,除了按重量，將空機重量≤116千克和起飛全重≤150千克的無人機分為4類以外，還設定植保類無人機為V類無人機，無人飛艇為V類無人機，100米之外超視距運行的I、I類無人機為VII類無人機。概述2)無人機飛行管理的分類71概述3)無須證照管理的無人機(1)I類無人機(空機重量和起飛全重小于1.5千克)。(2)在室內(nèi)攔網(wǎng)內(nèi)等隔離空間運行的無人機。概述3)無須證照管理的無人機72概述4)無人機飛行管理的要求(1)無人機云系統(tǒng)(簡稱無人機云):是指輕小型民用無人機運行的動態(tài)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，用于向無人機用戶提供航行服務、氣象服務等,對民用無人機運行數(shù)據(jù)(包括運營信息、位置、高度和速度等)進行實時監(jiān)測。接人系統(tǒng)的無人機應即時上傳飛行數(shù)據(jù)，無人機云系統(tǒng)對侵人電子圍欄的無人機具有報警功能。(2)電子圍欄:是指為阻擋即將侵人特定區(qū)域的航空器，在相應電子地理范圍中畫出特定區(qū)域，并配合飛行控制系統(tǒng)、保障區(qū)域安全的欽硬件系統(tǒng)。(3)主動反饋系統(tǒng):是指運營人主動將航空器的運行信息發(fā)送給監(jiān)視系統(tǒng)。概述4)無人機飛行管理的要求73概述(4)被動反饋系統(tǒng):是指航空器被雷達ADSB系統(tǒng)北斗等手段從地面進行監(jiān)視的系統(tǒng),該反饋信息不經(jīng)過運營人。(5)民用無人機駕駛員資格要求:民用無人機駕駛員應當根據(jù)其所駕駛的民用無人機的等級分類、符合《民用無人駕駛航空器系統(tǒng)駕駛員管理暫行規(guī)定》(AC-61-FS2013-20)中關(guān)于執(zhí)照、合格證、等級、訓練、考試、檢查和航空經(jīng)歷等方面的要求。(6)禁止酒駕:民用無人機駕駛員在飲用任何含酒精的液體之后的8小時之內(nèi)或處于酒精作用之下或者受到任何藥物影響及其工作能力對飛行安全造成影響的情況下，不得駕駛無人機。概述(4)被動反饋系統(tǒng):是指航空器被雷達ADSB系統(tǒng)北斗等手74概述1.5.2與民用多旋翼無人機飛行相關(guān)的法律問題1.空域限制的法律問題2.民用多旋翼無人機適航法律問題3.民用多旋翼無人機安全責任問題4.民用多旋翼無人機的隱私權(quán)問題概述1.5.2與民用多旋翼無人機飛行相關(guān)的法律問題75概述1.5.3民用多旋翼無人機飛行管理文件無規(guī)矩不成方圓包括民用多旋冀無人機在內(nèi)的無人機產(chǎn)業(yè)要想走向成熟，首先要解決的便是行業(yè)標準的建設與完善問題。為此，我國民航局已經(jīng)頒發(fā)了多個管理文件，主要涉及空域飛行管制、航空器適航性審定、航空器駕駛?cè)藛T審核和航空作業(yè)許可4個方面.概述1.5.3民用多旋翼無人機飛行管理文件76概述1.《通用航空飛行管制條例》2003年5月1日，我國開始施行《通用航空飛行管制條例》。該條例明確規(guī)定無人機用于民用業(yè)務飛行時，必須當作通用航空飛機對待。我國通用航空的法規(guī)是相對完整的，民用無人機市場完全可遵照現(xiàn)有相關(guān)通用航空法規(guī)框架進行發(fā)展。從2005年開始,按民航部門的要求，無人機都必須加裝空管應答機并具備防撞功能。概述1.《通用航空飛行管制條例》77概述2.《民用無人機空中交通管理辦法》2009年6月26日，民航局空中交通管理局頒發(fā)《民用無人機空中交通管理辦法》(MD-TM2009-002)，該辦法對民用無人機飛行活動進行了管理，規(guī)范了空中交通管理的辦法，保證民用航空活動的安全.制定了民用無人機空中交通管理的有關(guān)規(guī)定。該文件作為我國現(xiàn)階段民用無人機控制交通管理辦法.對無人機的空域管理、空中交通管理、無線電頻率和設備的使用等方面給出了明確的要求。概述2.《民用無人機空中交通管理辦法》78概述3.《關(guān)于民用無人機管理有關(guān)問題的暫行規(guī)定》2009年6月4日，民航局頒發(fā)了《關(guān)于民用無人機管理有關(guān)問題的暫行規(guī)定》(ALD2009022)。作為對民用無人機的過渡性管理辦達，該規(guī)定要求民用無人機申請人辦理臨時國籍登記證和I類特許飛行證;并要求結(jié)合實際機型特點，按照現(xiàn)行有效的規(guī)章和程序的適用部分對民用無人機進行評審。制定的現(xiàn)階段評中的基本原則是:(1)進行設計檢查，但不進行型號合格審定.不頒發(fā)型號合格證;(2)進行制造檢查，但不進行生產(chǎn)許可審定，不頒發(fā)生產(chǎn)許可證;(3)進行單機檢香，但不進行單機適航審查，不頒發(fā)標準適航證。概述3.《關(guān)于民用無人機管理有關(guān)問題的暫行規(guī)定》79概述4.《民用無人機適航管