《無人機概論》第2章 無人機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)

第二章無人機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)王冬中國人民警察大學(xué)警務(wù)裝備技術(shù)學(xué)院目錄第一節(jié)無人機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)概述第二節(jié)無人機的基本結(jié)構(gòu)第三節(jié)無人機動力系統(tǒng)第四節(jié)無人機控制站與飛行控制系統(tǒng)第五節(jié)無人機通信導(dǎo)航系統(tǒng)第六節(jié)無人機任務(wù)載荷系統(tǒng)與發(fā)射回收系統(tǒng)一、無人機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)概述無人機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)主要包括無人機、動力系統(tǒng)、控制站、飛行控制系統(tǒng)、通訊導(dǎo)航系統(tǒng)、任務(wù)載荷系統(tǒng)和發(fā)射回收系統(tǒng)等。無人機——按飛行平臺構(gòu)型的不同可分為固定翼無人機、無人直升機、多旋翼無人機、傘翼無人機、撲翼無人機和無人飛艇等.動力系統(tǒng)——提供無人機飛行所需動力?？刂普尽O(jiān)測和控制無人機。飛行控制系統(tǒng)——保證無人機姿態(tài)穩(wěn)定和控制。通信導(dǎo)航系統(tǒng)——保證遙控指令準(zhǔn)確傳輸，保證信息反饋的可靠性、精確性、實時性及有效性。任務(wù)載荷系統(tǒng)——實現(xiàn)無人機飛行要完成的特定任務(wù)。發(fā)射回收系統(tǒng)——保證無人機順利升空以及安全著陸。一、無人機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)概述目錄第一節(jié)無人機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)概述第二節(jié)無人機的基本結(jié)構(gòu)第三節(jié)無人機動力系統(tǒng)第四節(jié)無人機控制站與飛行控制系統(tǒng)第五節(jié)無人機通信導(dǎo)航系統(tǒng)第六節(jié)無人機任務(wù)載荷系統(tǒng)與發(fā)射回收系統(tǒng)二、無人機的基本結(jié)構(gòu)固定翼無人機大多數(shù)都由機翼、機身、尾翼、起落裝置和動力裝置五個部分組成，其基本結(jié)構(gòu)如圖。1.固定翼無人機的基本結(jié)構(gòu)1-螺旋槳；2-副翼；3-垂直尾翼；4-水平尾翼；5-機翼；6-起落架二、無人機的基本結(jié)構(gòu)1.機翼?功能：產(chǎn)生無人機飛行所需要的升力。?組成

翼梁：承受彎矩（緣條）和剪力（腹板）

縱墻：與蒙皮形成封閉的合段承受扭矩，與機身連接方式為鉸接

桁條：鋁合金擠壓或板材彎制而成，與翼肋相連并且鉚接在蒙皮內(nèi)表面，支持蒙皮以提高其承載能力更好的承受機翼的扭矩和彎矩

翼肋：包括普通翼肋和加強翼肋

蒙皮：承受局部空氣動力和形成機翼外形1.固定翼無人機的基本結(jié)構(gòu)1-接頭；2-加強肋；3-翼梁；4-前墻；5-蒙皮；6-后墻；7-翼肋；8-桁條二、無人機的基本結(jié)構(gòu)2.機身?功能裝載、安裝基礎(chǔ)。?組成蒙皮：與機翼蒙皮作用相似；桁條：與機翼桁條作用相似；桁梁：作用與翼梁相似；隔框：作用與翼肋相似。1.固定翼無人機的基本結(jié)構(gòu)1—桁梁；2—桁條；3—蒙皮；4—加強隔框；5—普通隔框二、無人機的基本結(jié)構(gòu)3.尾翼?功能：穩(wěn)定和控制俯仰及偏轉(zhuǎn)。?組成水平尾翼：由固定的水平安定面及其后的可轉(zhuǎn)動的升降舵組成。垂直尾翼：由固定的垂直安定面及其后的可轉(zhuǎn)動的方向舵組成。1.固定翼無人機的基本結(jié)構(gòu)3-垂直尾翼；4-水平尾翼二、無人機的基本結(jié)構(gòu)4.起落裝置?功能：支撐無人機在地面上的活動，包括起飛和著陸滑跑、滑行、停放。?組成支柱：起支撐作用并作為機輪的安裝基礎(chǔ)。減震器：吸收著陸和滑跑沖擊能量機輪：與地面接觸支持無人機的重量，減少無人機地面運動的阻力，可以吸收一部分撞擊動能有一定的減震作用收放機構(gòu)：用于收放起落架以及固定支柱，飛行時可減少阻力1.固定翼無人機的基本結(jié)構(gòu)1-收放動作筒；2-撐桿；3-機輪；4-鉸鏈；5-減震支柱二、無人機的基本結(jié)構(gòu)5.動力裝置?功能：產(chǎn)生拉力（螺旋槳式）或推力（噴氣式）使無人機產(chǎn)生相對空氣的運動。?組成在下節(jié)中詳述1.固定翼無人機的基本結(jié)構(gòu)無人機動力系統(tǒng)電動動力系統(tǒng)油動動力系統(tǒng)油電混動系統(tǒng)大型、中型無人機小型、微型無人機新興、試驗階段二、無人機的基本結(jié)構(gòu)2.無人直升機的基本結(jié)構(gòu)無人直升機是由旋翼提供升力和推進(jìn)力進(jìn)行飛行。一般由主旋翼、機身、尾槳、起落裝置、操縱系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、電動機或發(fā)動機組成。1-機身；2-主旋翼；3-尾旋翼；4-操縱系統(tǒng)；5-動力系統(tǒng)；6-起落架二、無人機的基本結(jié)構(gòu)2.無人直升機的基本結(jié)構(gòu)（1）主旋翼主要由槳葉和槳轂組成，是無人直升機最關(guān)鍵的部位，既產(chǎn)生升力，又是無人直升機水平運動的拉力的來源，旋翼旋轉(zhuǎn)的平面是升力面也是操縱面。1-槳葉；2-槳葉搖臂；3-槳轂；4-撥桿；5-變距拉桿；6-外環(huán)二、無人機的基本結(jié)構(gòu)2.無人直升機的基本結(jié)構(gòu)旋翼的結(jié)構(gòu)形式：指漿葉與槳轂的連接方式四類：全鉸式旋翼、半鉸式旋翼、無鉸式旋翼、無軸承式旋翼二、無人機的基本結(jié)構(gòu)2.無人直升機的基本結(jié)構(gòu)（2）機身無人直升機機身與固定翼機身結(jié)構(gòu)和功能類似。主要功能：裝載燃料、貨物和設(shè)備等，同時作為安裝基礎(chǔ)將各部分連成一個整體。機身具有承載和傳力的作用，承受各種裝載的載荷，還承受各類動載荷。（3）尾槳尾槳的主要作用是產(chǎn)生一個側(cè)向的拉力/推力通過力臂形成偏轉(zhuǎn)力矩，平衡主旋翼的反扭矩并且控制航向，相當(dāng)于直升機的垂直安定面，可以改善直升機的航向穩(wěn)定性提和提供一部分升力等。尾槳分為推式尾槳和拉式尾槳，尾槳拉力方向指向直升機的對稱面，為推式尾槳；從對稱面向外指為拉式尾槳。二、無人機的基本結(jié)構(gòu)2.無人直升機的基本結(jié)構(gòu)（4）起落裝置用于地面停放時支撐重量和著陸時吸收撞擊能量的部件。結(jié)構(gòu)形式有輪式、滑撬式和浮筒式。（5）操縱系統(tǒng)操縱系統(tǒng)是用來控制無人直升機飛行的系統(tǒng)。由自動傾斜器、座艙操縱機構(gòu)和操縱線系等組成。無人直升機的垂直、俯仰、滾轉(zhuǎn)和偏航四種運動形式，分別對應(yīng)于操縱系統(tǒng)的總距操縱、縱向操縱、橫向操縱和航向操縱。二、無人機的基本結(jié)構(gòu)2.無人直升機的基本結(jié)構(gòu)1-槳葉搖臂；2-撥桿；3-變距拉桿；4-旋轉(zhuǎn)環(huán)；5-駕駛桿；6-油門總距桿；7-導(dǎo)筒；8-滑筒；9-內(nèi)環(huán)；10-外環(huán)自動傾斜器二、無人機的基本結(jié)構(gòu)2.無人直升機的基本結(jié)構(gòu)（6）傳動系統(tǒng)在無人直升機中，發(fā)動機提供的動力要經(jīng)過傳動系統(tǒng)才能到達(dá)主旋翼和尾漿，從而使主旋翼旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力，尾旋翼旋轉(zhuǎn)平衡扭矩。傳動系統(tǒng)的主要部件由主減速器、傳動軸、尾減速器和中間減速器組成。。1-主減速器；2-傳動軸；3-軸承支座；4-中間減速器；5-尾減速器；6-尾槳軸；7-附件傳動二、無人機的基本結(jié)構(gòu)3.多旋翼無人機的基本結(jié)構(gòu)多旋翼無人機的基本結(jié)構(gòu)一般由機架、動力裝置和飛控等組成。1-電調(diào)；2-電池；3-飛控；4-槳葉；5-電機；6-機架二、無人機的基本結(jié)構(gòu)3.多旋翼無人機的基本結(jié)構(gòu)多旋翼無人機的基本結(jié)構(gòu)一般由機架、動力裝置和飛控等組成。二、無人機的基本結(jié)構(gòu)1.機架是多旋翼無人機的機身，其他結(jié)構(gòu)的安裝基礎(chǔ)，起承載作用。根據(jù)旋翼軸數(shù)的不同，可分為三軸、四軸等。根據(jù)發(fā)動機個數(shù)分有三旋翼、四旋翼等。軸數(shù)和旋翼數(shù)一般情況下是相等的，但也有特殊情況，比如三軸六旋翼。1）機架材質(zhì)（1）塑料：價格比較低廉，比較適合初學(xué)者。（2）玻璃纖維：相比塑料機架，玻纖強度高、重量輕、價格貴，中心板多用玻纖，機臂多用管型。（3）碳纖維：相比玻纖機架，強度更高、價格更貴。（4）鋁合金/鋼：適合自己制作。3.多旋翼無人機的基本結(jié)構(gòu)二、無人機的基本結(jié)構(gòu)2）機架布局常見的機架布局有X型、I型、V型、Y型和IY型等3.多旋翼無人機的基本結(jié)構(gòu)二、無人機的基本結(jié)構(gòu)3）機架軸距軸距是機架最重要的數(shù)據(jù)指標(biāo)，它是指對角線兩個電機或者槳葉中心的距離，單位為毫米（mm）四軸250：表示對角線電機中心的距離為250毫米3.多旋翼無人機的基本結(jié)構(gòu)四軸250二、無人機的基本結(jié)構(gòu)2.動力裝置1）電池主要為無人機提供能量，無人機多采用鋰聚合物電池。2）電調(diào)（ElectronicSpeedController，ESC），全稱電子調(diào)速器。它的主要功能是將飛控板的控制信號進(jìn)行功率放大，并向各開關(guān)管送去能使其飽和導(dǎo)通和可靠關(guān)斷的驅(qū)動信號，以控制電動機的轉(zhuǎn)速；將電源電壓轉(zhuǎn)換為5V，為飛控板、遙控接收機供電；將直流電源轉(zhuǎn)換為三相電源，為無刷電機供電。3）電機帶動漿葉旋轉(zhuǎn)使多旋翼無人機產(chǎn)生升力，通過對各電機轉(zhuǎn)速的控制，可使多旋翼無人機完成飛行活動。4）螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生拉力或推力使無人機完成飛行活動。3.飛控穩(wěn)定無人機飛行姿態(tài)，并能控制無人機自主或半自主飛行。3.多旋翼無人機的基本結(jié)構(gòu)目錄第一節(jié)無人機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)概述第二節(jié)無人機的基本結(jié)構(gòu)第三節(jié)無人機動力系統(tǒng)第四節(jié)無人機控制站與飛行控制系統(tǒng)第五節(jié)無人機通信導(dǎo)航系統(tǒng)第六節(jié)無人機任務(wù)載荷系統(tǒng)與發(fā)射回收系統(tǒng)三、無人機動力系統(tǒng)無人機的動力系統(tǒng)為無人機提供了動力，使無人機能夠進(jìn)行飛行活動。無人機的動力系統(tǒng)有三種類型：（1）以電池為能源的電動系統(tǒng)（2）以燃油類發(fā)動機為動力的油動系統(tǒng)（3）油電混合系統(tǒng)。目前油電混合系統(tǒng)更多的應(yīng)用于汽車中，在無人機領(lǐng)域較少使用。三、無人機動力系統(tǒng)電調(diào)遙控器電源電機飛控螺旋槳接收機化學(xué)能電能機械能電源拉力/升力電機螺旋槳電調(diào)三、無人機動力系統(tǒng)電動系統(tǒng)是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能再轉(zhuǎn)化為機械能為無人機飛行提供動力的系統(tǒng)電動系統(tǒng)由電池、電調(diào)、電機和螺旋槳等四個部分組成。1.電動系統(tǒng)三、無人機動力系統(tǒng)1）電池主要為無人機提供能量，有鎳鎘、鎳氫、鋰離子、鋰聚合物電池考慮到電池的重量和效率問題無人機多采用鋰聚合物電池電壓，分為額定電壓、開路電壓、工作電壓和充電電壓等，單位為伏特（V），符號U。額定電壓，是指電池工作時公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)電壓，例如鋰聚合物電池為3.7V；開路電壓，是指無負(fù)載使用情況下的電池電壓；工作電壓，是指電池在負(fù)載工作情況下的放電電壓，它通常是一個電壓范圍。例如：鋰聚合物電池的工作電壓為3.7～4.2V；充電電壓是指外電路電壓對電池進(jìn)行充電時的電壓，一般充電電壓要大于電池開路電壓。1.電動系統(tǒng)三、無人機動力系統(tǒng)1）電池電池容量——是指電池儲存電量的大小，電池容量分為實際容量、額定容量、理論容量，單位為毫安時（mAh），符號C。實際容量，是指在一定放電條件下，在終止電壓前電池能夠放出的電量；額定容量，是指電池在生產(chǎn)和設(shè)計時，規(guī)定的在一定放電條件下電池能夠放出的最低電量；理論容量，是指根據(jù)電池中參加化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)計算出的電量。電池串并聯(lián)——2S1P、3S2P

、4S1P、6S1P電池倍率——一般充放電電流的大小常用充放電倍率來表示，符號C，即：充放電倍率=充放電電流/額定容量；例如：額定容量為10Ah的電池用4A放電時，其放電倍率為0.4C；1000mAh、10C的電池，最大放電電流=1000×10=10000mA=10A。1.電動系統(tǒng)三、無人機動力系統(tǒng)1）電池1.電動系統(tǒng)充電倍率：充電倍率=充電電流/額定容量，用來指導(dǎo)選擇合適的充電器。

例：一個電池容量4000mAh，充電倍率5C的電池，使用的充電器最大充電電流為：4000ⅹ5=20000毫安，即20安培（A）三、無人機動力系統(tǒng)1.電動系統(tǒng)重量重、能量密度低，漸被淘汰鎳氫電池鎳鉻電池鋰聚合物電池能量高、小型化、輕量化，主流三、無人機動力系統(tǒng)1.電動系統(tǒng)種類鎳鎘電池（Ni-Cd）鎳氫電池（Ni-MH）鋰聚合物電池（Li-po）磷酸鐵鋰電池（LiFePO4）額定電壓1.2V1.2V3.7V3.3V充電截止電壓1.5V1.5V4.2V3.65V放點截止電壓1.0V1.0V3.0V2.0V三、無人機動力系統(tǒng)1.電動系統(tǒng)正極（+）：導(dǎo)電高分子聚合物鋰聚合物電池

負(fù)極（-）：鋰金屬或鋰碳層間化合物

電解質(zhì)：固態(tài)或膠態(tài)高分子電解質(zhì)電池三要素：正極、負(fù)極、電解質(zhì)優(yōu)點：1.沒有多余的電解液，因此它更可靠更穩(wěn)定。2.采用鋁塑包裝，內(nèi)部出現(xiàn)問題可立即通過外包裝表現(xiàn)出來，即鼓脹。3.具備高分子材料所特有的質(zhì)量輕、彈性好、易成膜等特性，也順應(yīng)了化學(xué)電源質(zhì)量輕、安全、高效、環(huán)保的發(fā)展趨勢。三、無人機動力系統(tǒng)1.電動系統(tǒng)觀察幾個鋰聚合物電池的特點？不同點：片數(shù)不同、體積大小不同、數(shù)據(jù)不同相同點：S1P、V、mAh、C、Wh電池性能指標(biāo)電池級數(shù)電池電壓電池容量放電能力三、無人機動力系統(tǒng)1.電動系統(tǒng)三、無人機動力系統(tǒng)2）電調(diào)電調(diào)主要功能是將飛控板的控制信號進(jìn)行功率放大，并向各開關(guān)管送去能使其飽和導(dǎo)通和可靠關(guān)斷的驅(qū)動信號，以控制電動機的轉(zhuǎn)速。因為電機的電流是很大的，正常工作時通常為3～20A。飛控沒有驅(qū)動無刷電機的功能，需要電調(diào)將直流電源轉(zhuǎn)換為三相電源，為無刷電機供電。同時電調(diào)在多旋翼無人機中也充當(dāng)了電壓變化器的作用，將11.1V的電源電壓轉(zhuǎn)換為5V電壓給飛控、遙控接收機供電，如果沒有電調(diào)，飛控板根本無法承受這樣大的電流1.電動系統(tǒng)三、無人機動力系統(tǒng)1.電動系統(tǒng)電調(diào)兩端都有接線，輸入線與電池相連，輸入電流，輸出線與電機相連，用以調(diào)整電機轉(zhuǎn)速，無刷電調(diào)有三根輸出線，信號線與飛控連接，接收飛控信號并給飛控供電。三、無人機動力系統(tǒng)2）電調(diào)電調(diào)主要功能是將飛控板的控制信號進(jìn)行功率放大，并向各開關(guān)管送去能使其飽和導(dǎo)通和可靠關(guān)斷的驅(qū)動信號，以控制電動機的轉(zhuǎn)速。電調(diào)兩端都有接線，輸入線與電池相連，輸入電流，輸出線與電機相連，用以調(diào)整電機轉(zhuǎn)速，無刷電調(diào)有三根輸出線，信號線與飛控連接，接收飛控信號并給飛控供電。3）電機電機旋轉(zhuǎn)帶動漿葉使無人機產(chǎn)生升力和推力等，通過對電機轉(zhuǎn)速的控制，可使無人機完成各種飛行狀態(tài)。有刷電機中的電刷在電機運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生電火花會對遙控?zé)o線電設(shè)備產(chǎn)生干擾，且電刷會產(chǎn)生摩擦力，噪音大，目前在無人機領(lǐng)域已較少使用，更多采用的是無刷電機。電機的型號通常用形如“XXXX”型數(shù)字來表示。例如：2212外轉(zhuǎn)子無刷動力電機，即表示電機定子直徑22mm，電機定子高度為12mm。1.電動系統(tǒng)三、無人機動力系統(tǒng)3）電機電機旋轉(zhuǎn)帶動漿葉使無人機產(chǎn)生升力和推力等，通過對電機轉(zhuǎn)速的控制，可使無人機完成各種飛行狀態(tài)。有刷電機中的電刷在電機運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生電火花會對遙控?zé)o線電設(shè)備產(chǎn)生干擾，且電刷會產(chǎn)生摩擦力，噪音大，目前在無人機領(lǐng)域已較少使用，更多采用的是無刷電機。電機的型號通常用形如“XXXX”型數(shù)字來表示。例如：2212外轉(zhuǎn)子無刷動力電機，即表示電機定子直徑22mm，電機定子高度為12mm。電機KV值，用來表示電機空載轉(zhuǎn)速，指電壓每增加1V，無刷電機增加的每分鐘轉(zhuǎn)速，即電機空載轉(zhuǎn)速=電機KV×電池電壓。例如：920KV的電機，電池電壓為11.1V，那么電機的空載轉(zhuǎn)速應(yīng)該為920×11.1=10212轉(zhuǎn)/分鐘。1.電動系統(tǒng)三、無人機動力系統(tǒng)1.電動系統(tǒng)直流電動機是目前無人機使用最多、應(yīng)用最廣的動力裝置。直流電動機有刷直流電機無刷直流電機外轉(zhuǎn)子無刷電機內(nèi)轉(zhuǎn)子無刷電機（效率低、無人機領(lǐng)域淘汰）有刷直流電動機無刷直流電動機三、無人機動力系統(tǒng)1.電動系統(tǒng)外轉(zhuǎn)子無刷電機內(nèi)轉(zhuǎn)子無刷電機三、無人機動力系統(tǒng)4）螺旋槳多旋翼無人機多采用定距螺旋槳，即槳距固定。螺旋槳尺寸，通常用形如“XXXX”型數(shù)字來表示，前兩位數(shù)字表示螺旋槳直徑，后兩位數(shù)表示螺旋槳螺距，單位均為英寸（in），一英寸約等于2.54厘米，螺距即槳葉旋轉(zhuǎn)一圈旋轉(zhuǎn)平面移動的距離。螺旋槳有正反槳之分，順時針方向旋轉(zhuǎn)的是正槳，逆時針旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)的是反槳。電機與螺旋槳的配型原則：高KV電機配小槳，低KV電機配大槳。因為電機KV值越小轉(zhuǎn)動慣量越大，KV值越大轉(zhuǎn)動慣量越小，所以螺旋槳尺寸越大，無人機產(chǎn)生的升力就越大，需要更大力量來驅(qū)動螺旋槳旋轉(zhuǎn)，采用低KV電機；反之螺旋槳越小，需要轉(zhuǎn)速更快，才能達(dá)到足夠升力，采用高KV電機。1.電動系統(tǒng)三、無人機動力系統(tǒng)5）接線方式多旋翼無人機的多個旋翼軸上的電調(diào)，其輸入端的紅、黑線需并聯(lián)接到電池的正、負(fù)極上；其輸出端的3根黑色線連接到電機；其BEC信號輸出線，用于輸出5V電壓給飛控供電和接收飛控的控制信號；遙控接收機連接在飛行控制器上，輸出遙控信號，并同時從飛控上得到5V供電。1.電動系統(tǒng)動力系統(tǒng)中電池、電調(diào)、電機之間的接線方式三、無人機動力系統(tǒng)燃油類發(fā)動機工作過程是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機械能的過程。常用的燃油類發(fā)動機有活塞式發(fā)動機和燃?xì)鉁u輪發(fā)動機。1.活塞式發(fā)動機1）活塞式發(fā)動機的結(jié)構(gòu)活塞發(fā)動機，也叫往復(fù)式發(fā)動機，是一種利用氣缸內(nèi)燃料燃燒膨脹產(chǎn)生壓力推動活塞運動做功的機器，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能又轉(zhuǎn)化成了機械能。活塞式發(fā)動機是內(nèi)燃機的一種，靠汽油、柴油等燃料提供動力?；钊桨l(fā)動機主要由氣缸、活塞、連桿、曲軸、氣門機構(gòu)、螺旋槳減速器和機匣等組成。根據(jù)燃料點火方式的不同，活塞式發(fā)動機以分為電火花點燃燃料的點燃式發(fā)動機和壓縮空氣使空氣溫度升高點燃燃料的壓燃式發(fā)動機，大部分汽油機都是點燃式，大部分柴油機都是壓燃式2.油動系統(tǒng)三、無人機動力系統(tǒng)2）四沖程發(fā)動機工作原理沖程：活塞從上止點到下止點或者從下止點到上止點稱為一個沖程，即曲軸轉(zhuǎn)動半圈?；钊胶娇瞻l(fā)動機是由汽車的活塞式發(fā)動機發(fā)展而來，大多是四沖程發(fā)動機，活塞在氣缸內(nèi)要經(jīng)過四個沖程，依次是進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程，工作原理如圖2-25所示。發(fā)動機除主要部件外，還須有若干輔助系統(tǒng)與之配合才能工作。2.油動系統(tǒng)三、無人機動力系統(tǒng)3）二沖程發(fā)動機工作原理發(fā)動機完成兩個行程作為一個完整工作循環(huán)的。進(jìn)氣、壓縮、膨脹和排氣這四個步驟是曲軸旋轉(zhuǎn)一圈完成的，且曲軸每旋轉(zhuǎn)一圈對外做一次功。二沖程發(fā)動機的進(jìn)氣孔和排氣孔設(shè)置在缸體上，活塞的上下移動就能打開或關(guān)閉氣孔，實現(xiàn)進(jìn)氣和排氣。而四沖程發(fā)動機則是由相應(yīng)的驅(qū)動機構(gòu)定時的打開或者關(guān)閉進(jìn)氣門和排氣門。2.油動系統(tǒng)三、無人機動力系統(tǒng)4）發(fā)動機系統(tǒng)組成發(fā)動機除主要部件外，還須要有其他相關(guān)系統(tǒng)與之相互配合才能工作。主要有進(jìn)氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、啟動系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)等。進(jìn)氣系統(tǒng)，為燃燒做功提供燃料和清潔空氣并使之混合然后輸送到氣缸內(nèi)。進(jìn)氣系統(tǒng)內(nèi)常裝有增壓器，作用是用來增大進(jìn)氣壓力。燃油系統(tǒng)，燃料系統(tǒng)由油箱、油泵、汽化器或燃料噴射裝量等組成。作用是為發(fā)動機持續(xù)不斷提供潔凈燃油。燃料泵將汽油壓入氣化器，汽油在此霧化并與空氣混合進(jìn)入氣缸。點火系統(tǒng)，用于點燃式發(fā)動機，點燃空氣和燃油的混合氣體。點火系統(tǒng)由磁電機產(chǎn)生的高壓電在規(guī)定的時間產(chǎn)生電火花，將氣缸內(nèi)的混合氣體點燃。2.油動系統(tǒng)三、無人機動力系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)，發(fā)動機內(nèi)燃料燃燒時產(chǎn)生的熱量除轉(zhuǎn)化為動能使活塞運動和排出廢氣帶走部分內(nèi)能外，還有很大一部分傳給了氣缸壁和其他有關(guān)機件。冷卻系統(tǒng)的作用就是將這些熱量散發(fā)出去，以保證發(fā)功機的正常工作。啟動系統(tǒng)，發(fā)動機由靜止到工作需要外力轉(zhuǎn)動曲軸，使活塞開始往復(fù)運動直到工作循環(huán)能夠自動進(jìn)行。這個過程叫做發(fā)動機的啟動。散熱系統(tǒng)，為了使發(fā)動機產(chǎn)生的熱量能及時排出，在合適的溫度工作，必須對氣缸和氣缸蓋進(jìn)行適當(dāng)?shù)乩鋮s。冷卻方法有兩種，一種是水冷，另一種是風(fēng)冷。水冷發(fā)動機的氣缸周圍和氣缸蓋中都加工有冷卻水套，并且氣缸體和氣缸蓋冷卻水套相通，冷卻水在水套內(nèi)不斷循環(huán)，帶走部分熱量，對氣缸和氣缸蓋起冷卻作用。2.油動系統(tǒng)三、無人機動力系統(tǒng)2.燃?xì)鉁u輪發(fā)動機1）燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的結(jié)構(gòu)燃?xì)鉁u輪發(fā)動機主要由進(jìn)氣道、壓氣機、燃燒室、渦輪和尾噴管五個部分組成。其中壓氣機、燃燒室、渦輪是發(fā)動機的核心組成部分，稱為“核心機”。2.油動系統(tǒng)1-壓氣機；2-燃燒室；3-渦輪；4-進(jìn)氣道；5-燃油噴嘴；6-尾噴管三、無人機動力系統(tǒng)2）工作原理新鮮空氣進(jìn)入進(jìn)氣道，流經(jīng)壓氣機時，壓氣機對氣體做功，氣體變成高溫高壓氣體，進(jìn)入燃燒室與燃油混合燃燒成為具有很高能量的高溫高壓燃?xì)?。燃?xì)饬鬟^渦輪時驅(qū)動渦輪旋轉(zhuǎn)，從而帶動壓氣機工作，最后從渦輪中流出的溫度和壓力都下降但速度增大的燃?xì)猓谖矅姽苤欣^續(xù)膨脹，以高速沿發(fā)動機軸向從噴口向后排出。2.油動系統(tǒng)三、無人機動力系統(tǒng)3）渦輪噴氣發(fā)動機組成：進(jìn)氣道，壓氣機，燃燒室，渦輪，尾噴管。工作原理：進(jìn)氣道進(jìn)氣→壓氣機增壓→燃燒室加熱→渦輪膨脹做功帶動壓氣機→尾噴管膨脹加速→排氣到體外。4）渦輪螺旋槳發(fā)動機組成：進(jìn)氣道，壓氣機，燃燒室，渦輪，尾噴管，減速器，螺旋槳。工作原理：進(jìn)氣道進(jìn)氣→壓氣機增壓→燃燒室加熱→渦輪膨脹做功帶動壓氣機和螺旋槳→尾噴管膨脹加速→排氣到體外5）渦輪軸發(fā)動機組成：進(jìn)氣道，壓氣機，燃燒室，渦輪，尾噴管，功率輸出軸，主減速器等。工作原理：進(jìn)氣道進(jìn)氣→壓氣機增壓→燃燒室加熱→渦輪膨脹做功帶動壓氣機和螺旋槳→尾噴管膨脹加速→排氣到體外。2.油動系統(tǒng)目錄第一節(jié)無人機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)概述第二節(jié)無人機的基本結(jié)構(gòu)第三節(jié)無人機動力系統(tǒng)第四節(jié)無人機控制站與飛行控制系統(tǒng)第五節(jié)無人機通信導(dǎo)航系統(tǒng)第六節(jié)無人機任務(wù)載荷系統(tǒng)與發(fā)射回收系統(tǒng)四、無人機控制站與飛行控制系統(tǒng)無人機控制站，又稱地面站，通常由顯控臺和通信設(shè)備組成，是無人機系統(tǒng)的重要組成部分，主要功能是監(jiān)測和控制無人機的飛行過程、飛行航跡、有效載荷、通訊鏈路等，并對一些故障予以及時警報并采取相應(yīng)的診斷處理措施。1.控制站功能

?導(dǎo)航和目標(biāo)定位。?有效載荷數(shù)據(jù)的顯示和有效載荷的控制。?無人機的姿態(tài)控制。?任務(wù)規(guī)劃、飛行器位置監(jiān)控、及航線的地圖顯示。

?與其他子系統(tǒng)的通信鏈路。2.控制站軟件3.控制站硬件地面站系統(tǒng)泛指地面上可以對無人機發(fā)出指令以及接受無人機傳回信息的設(shè)備，它的硬件可以是一個遙控器，也可以是一部手機，或者說一臺筆記本電腦。1.無人機控制站四、無人機控制站與飛行控制系統(tǒng)無人機飛行控制系統(tǒng)是控制無人機飛行姿態(tài)和運動的設(shè)備，由傳感器、機載計算機和執(zhí)行機構(gòu)三大部分組成。1.飛行控制系統(tǒng)的組成1）傳感器?陀螺儀?加速度計?氣壓計?GPS2）機載計算機機載計算機是飛行控制系統(tǒng)的核心部件，應(yīng)具有姿態(tài)穩(wěn)定與控制、導(dǎo)航與制導(dǎo)控制、自主飛行控制、自動起飛及著陸控制的功能。3）執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)其主要作用是根據(jù)飛控計算機的指令，按規(guī)定的靜態(tài)和動態(tài)要求，通過對無人機各控制舵面和發(fā)動機節(jié)風(fēng)門等的控制，實現(xiàn)對無人機的飛行控制。2.無人機飛行控制系統(tǒng)四、無人機控制站與飛行控制系統(tǒng)2.飛行控制系統(tǒng)的功能?完成多路模擬信號的高精度采集，包括陀螺信號、航向信號、舵偏角信號、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、缸溫信號、動靜壓傳感器信號、電源電壓信號等。?輸出各類能適應(yīng)不同執(zhí)行機構(gòu)控制要求的信號。?利用多個通信信道，分別實現(xiàn)與機載數(shù)據(jù)終端、GPS信號、數(shù)字量傳感器以及相關(guān)任務(wù)設(shè)備的通信。飛控系統(tǒng)實時采集各傳感器測量的飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)、接收無線電測控終端傳輸?shù)挠傻孛鏈y控站上行信道送來的控制命令及數(shù)據(jù)，經(jīng)計算處理，輸出控制指令給執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)對無人機中各種飛行模態(tài)的控制和對任務(wù)設(shè)備的管理與控制；同時將無人機的狀態(tài)數(shù)據(jù)及發(fā)動機、機載電源系統(tǒng)、任務(wù)設(shè)備的工作狀態(tài)參數(shù)實時傳送給機載無線電數(shù)據(jù)終端，經(jīng)無線電下行信道發(fā)送回地面測控站。2.無人機飛行控制系統(tǒng)目錄第一節(jié)無人機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)概述第二節(jié)無人機的基本結(jié)構(gòu)第三節(jié)無人機動力系統(tǒng)第四節(jié)無人機控制站與飛行控制系統(tǒng)第五節(jié)無人機通信導(dǎo)航系統(tǒng)第六節(jié)無人機任務(wù)載荷系統(tǒng)與發(fā)射回收系統(tǒng)五、無人機通信導(dǎo)航系統(tǒng)無人機通信導(dǎo)航系統(tǒng)由機載設(shè)備和地面設(shè)備組成。機載設(shè)備也稱機載數(shù)據(jù)終端，包括機載天線、遙控接收機、遙測發(fā)射機、視頻發(fā)射機和終端處理機等。地面設(shè)備包括由天線、遙控發(fā)射機、遙測接收機、視頻接收機和終端處理機構(gòu)成的測控站數(shù)據(jù)終端，以及操縱和監(jiān)視設(shè)備。機載設(shè)備一方面接收處理各個傳感器的飛行參數(shù)，并將這些數(shù)據(jù)發(fā)送給地面站；另一方面接收來自地面站的遙控指令，以調(diào)整無人機飛行參數(shù)。地面設(shè)備對來自無人機的數(shù)據(jù)接收處理，也發(fā)送指令調(diào)整飛行狀態(tài)。五、無人機通信導(dǎo)航系統(tǒng)無人機的通信不僅僅體現(xiàn)在遙控操縱方面，還有數(shù)據(jù)和圖像資料的傳輸方面。通信是通過信號來傳輸?shù)模砸话惆褵o人機的無線控制信號分為遙控器信號、數(shù)據(jù)傳輸信號和圖像傳輸信號。1.頻段1）2.4G無人機的遙控器信號大多數(shù)采用的無線通信芯片用的是2.4G無線技術(shù)，也有圖傳使用2.4G無線技術(shù)的。1.無人機通信五、無人機通信導(dǎo)航系統(tǒng)2）5.8G5.8GHz頻段包含了三個100MHz頻段，分別是：（1）5.15～5.25GHz，適用于室內(nèi)無線通信；（2）5.25～5.35GHz，適用于中等距離通信；（3）5.725～5.825GHz，目前用于社區(qū)的寬帶無線接入。（4）5.8G相比較2.4G而言優(yōu)勢是比較明顯的，實現(xiàn)容易，頻譜利用率高，業(yè)務(wù)種類多，接口簡單統(tǒng)一，升級容易，特別適合于非連接的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)；基于電路的技術(shù)時延小，適合于進(jìn)行傳統(tǒng)的語音傳送和基于連接的傳輸業(yè)務(wù)。但是5.8G也有缺點，波長較短、繞射能力較差、傳輸帶寬也比2.4GHz要小些。3）1.2G1.2G頻率最低，穿透力最強，所以直線傳輸距離也最遠(yuǎn)，但是這是軍方和政府常用的頻段，民用是禁止的。1.無人機通信五、無人機通信導(dǎo)航系統(tǒng)2.傳輸技術(shù)1）Wi-Fi傳輸Wi-Fi，全稱WirelessFidelity，是基于IEEE802.11b標(biāo)準(zhǔn)的無線局域網(wǎng)技術(shù)，通常使用2.4G特高頻無線電波或5G超高頻無線電波。和藍(lán)牙技術(shù)類似，通過該技術(shù)，相關(guān)電子設(shè)備可以接入無線局域網(wǎng)以實現(xiàn)在小范圍里高速傳輸信號。手機端通過Wi-Fi溝通地面中繼端的的Wi-Fi模塊SKW77，地面中繼端的的Wi-Fi模塊SKW77通過Wi-Fi再溝通無人機端的Wi-Fi模塊SKW77，既可以發(fā)送來自地面手機端的控制信號，也可以通過Wi-Fi傳輸無人機航拍的視頻數(shù)據(jù)到手機端。1.無人機通信五、無人機通信導(dǎo)航系統(tǒng)2）4G網(wǎng)絡(luò)在航模領(lǐng)域，控制飛行器常用的是遙控器。信號較好的2.4G、5.8G遙控器往往能高質(zhì)量的傳輸控制信號，但這是在視線以內(nèi)可直線傳輸信號的情況下。如果在非視距內(nèi)的情況下，比如被建筑物遮擋等，就會出現(xiàn)失控。但如果有了4G網(wǎng)絡(luò)，假設(shè)網(wǎng)絡(luò)信號穩(wěn)定且時延小到忽略不計，那么4G網(wǎng)絡(luò)無論是作為遙控器信號的輔助，還是完全作為控制信號，無人機的可控范圍就會大很多。這就相當(dāng)于讓可以控制的范圍擴大到整個4G網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋區(qū)域。4G網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點是通信傳輸距離可以很遠(yuǎn)，缺點是限于低空200米，所以只能用于低空民用無人機。3）數(shù)據(jù)衛(wèi)星4G通信的最大缺陷是低空控制，那么高空控制就需要衛(wèi)星來實現(xiàn)。通過發(fā)射衛(wèi)星提供中繼服務(wù)，可以使無人機控制范圍更廣，但是成本高，所以這種方式只作為輔助通信使用。1.無人機通信五、無人機通信導(dǎo)航系統(tǒng)1.無人機通信五、無人機通信導(dǎo)航系統(tǒng)4）COFDM在無人機的視頻傳輸方面，一般的做法是采用模擬圖傳或者Wi-Fi圖傳，但是模擬圖傳畫面質(zhì)量不夠好，Wi-Fi圖傳會有馬賽克、容易停頓或卡死。COFDM技術(shù)剛好解決了兩個方面的問題。

COFDM高清圖傳是指前端攝像機或播放設(shè)備通過數(shù)字高清接口（HDMI/SDI數(shù)字信號）傳送1920×1080像素逐行掃描畫質(zhì)的視頻給到COFDM調(diào)制方式的發(fā)射機，發(fā)射機編碼后通過天線用無線微波方式向外傳送信號，另外一端接收機通過天線隔空接收信號，解碼還原為全高清數(shù)字信號（HDMI）輸出。COFDM高清圖傳設(shè)備，如圖2-33所示。通過COFDM技術(shù)，傳輸數(shù)據(jù)量大，距離遠(yuǎn)，是民用無人機通信的首選。1.無人機通信五、無人機通信導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航是把飛行器從出發(fā)地引導(dǎo)到目的地的過程。一般需要測定的導(dǎo)航參數(shù)有位置、方向、速度、高度和航跡等。目前用于無人機的導(dǎo)航技術(shù)有：無線電導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航、衛(wèi)星導(dǎo)航、圖像匹配導(dǎo)航、天文導(dǎo)航和組合導(dǎo)航等。1.無線電導(dǎo)航無線電導(dǎo)航（RadioNavigation）借助于無線電波的發(fā)射和接收，測定飛行器相對于導(dǎo)航臺的方位、距離等，以確定飛行器的導(dǎo)航參數(shù)。其特點是受氣候條件限制少，作用距離遠(yuǎn)，精度高，設(shè)備簡單可靠，應(yīng)用廣。無線電導(dǎo)航根據(jù)測量參數(shù)不同分為測向無線電導(dǎo)航、測距無線電導(dǎo)航、測距差無線電導(dǎo)航和測速無線電導(dǎo)航。2.無人機導(dǎo)航五、無人機通信導(dǎo)航系統(tǒng)2.慣性導(dǎo)航慣性導(dǎo)航是通過測量飛行過程中的加速度（注：加速度是指一段時間內(nèi)速度的變化量與這段時間的比值，反應(yīng)速度變化的快慢），經(jīng)過運算得到無人機當(dāng)時速度和位置的一種綜合性導(dǎo)航技術(shù)，這是應(yīng)用較為廣泛的導(dǎo)航方式。慣性導(dǎo)航原理簡述：在二自由度慣性導(dǎo)航中，無人機上裝有陀螺平臺，平臺始終平行于地面，在平臺上沿南—北方向和東—西方向分別放置一個加速度計，如圖2-34所示，飛行起點為原點，無人機開始飛行后，加速度計，隨時測量兩個方向的直線加速度，最終計算得到速度和位移。2.無人機導(dǎo)航五、無人機通信導(dǎo)航系統(tǒng)3.衛(wèi)星導(dǎo)航衛(wèi)星導(dǎo)航是利用導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射的無線電信號，求出無人機相對衛(wèi)星的位置，再根據(jù)已知的衛(wèi)星相對地面的位置，計算出無人機在地球上的位置。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由導(dǎo)航衛(wèi)星、地面臺站和用戶定位設(shè)備三個部分組成。目前世界上已有的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)有：美國的衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)（GPS）、俄羅斯的全球?qū)Ш叫l(wèi)星網(wǎng)（GLONASS）、歐洲的“伽利略”導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)和中國的“北斗”導(dǎo)航定位衛(wèi)星系統(tǒng)（BDS）。2.無人機導(dǎo)航五、無人機通信導(dǎo)航系統(tǒng)4.圖像匹配導(dǎo)航由于地表特征一般很難發(fā)生變化，所以預(yù)先拍攝地表圖片保存在無人機中，當(dāng)無人機飛過時，通過辨別原圖和當(dāng)前地表特征來判斷飛行位置，從而進(jìn)行導(dǎo)航。圖像匹配導(dǎo)航分為地形匹配導(dǎo)航和景象匹配導(dǎo)航兩種。圖像匹配導(dǎo)航的關(guān)鍵數(shù)據(jù)原圖稱為數(shù)字地圖。5.天文導(dǎo)航天文導(dǎo)航是以已知準(zhǔn)確空間位置的自然天體為基準(zhǔn)，通過天體測量儀器被動地探測天體位置，經(jīng)解算確定測量點所在載體的導(dǎo)航信息。常用的天文導(dǎo)航儀器有星體跟蹤器、天文羅盤和六分儀等。6.組合導(dǎo)航組合導(dǎo)航，是無線電導(dǎo)航、衛(wèi)星導(dǎo)航、圖像匹配導(dǎo)航和天文導(dǎo)航等一個或幾個與慣性導(dǎo)航組合在一起，形成的綜合導(dǎo)航系統(tǒng)。因為慣性導(dǎo)航能夠提供比較多的導(dǎo)航參數(shù)，還能夠提供全姿態(tài)信息參數(shù)，所以一般組合導(dǎo)航中以慣性導(dǎo)航為主。2.無人機導(dǎo)航目錄第一節(jié)無人機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)概述第二節(jié)無人機的基本結(jié)構(gòu)第三節(jié)無人機動力系統(tǒng)第四節(jié)無人機控制站與飛行控制系統(tǒng)第五節(jié)無人機通信導(dǎo)航系統(tǒng)第六節(jié)無人機任務(wù)載荷系統(tǒng)與發(fā)射回收系統(tǒng)六、無人機任務(wù)載荷系統(tǒng)與發(fā)射回收系統(tǒng)

無人機任務(wù)載荷系統(tǒng)，是指裝備到無人機上用以實現(xiàn)無人機飛行所要完成的特定任務(wù)的設(shè)備、儀器及其子系統(tǒng)。1.軍用任務(wù)載荷軍用無人機安裝的光電偵察設(shè)備主要有CCD、前視紅外儀、合成孔徑雷達(dá)、激光測距和激光雷達(dá)等。1.無人機任務(wù)載荷系統(tǒng)六、無人機任務(wù)載荷系統(tǒng)與發(fā)射回收系統(tǒng)2.民用任務(wù)載荷

航空照相機、攝像機、紅外熱像儀、搭載藥箱、噴灑設(shè)備或者GPS定位系統(tǒng)等任務(wù)載荷的無人機，可以完成很多人難以完成的任務(wù)。1.無人機任務(wù)載荷系統(tǒng)六、無人機任務(wù)載荷系統(tǒng)與發(fā)射回收系統(tǒng)發(fā)射回收系統(tǒng)保證無人機順利完成起飛升空，并在執(zhí)行完任務(wù)后保證無人機從天空安全降落到地面。多旋翼無人機和無人直升機的發(fā)射回收一般采用垂直起降的方式。固定翼無人機常采用以下發(fā)射回收方式：1.發(fā)射系統(tǒng)手拋發(fā)射，這種發(fā)射方式簡單可靠但是受到重量限制，是所有發(fā)射方式中最簡單的，由操作手投擲到空中，一般適用于微、小型低速無人機，靠無人機自身動力起飛。2.無人機發(fā)射回收系統(tǒng)六、無人機任務(wù)載荷系統(tǒng)與發(fā)射回收系統(tǒng)零長發(fā)射，一臺或者多臺助飛火箭發(fā)動機作為助推器產(chǎn)生推力，使安裝在零長發(fā)射裝置上的無人機發(fā)射升空，助飛火箭發(fā)動機工作時間只有幾秒，無人機飛離發(fā)射裝置后，助飛火箭將被拋離機體，此時無人機由機上的主發(fā)動機產(chǎn)生升力并完成飛行任務(wù)。一般適用于中小型無人機，如美國的“火蜂”、“獵人等”。2.無人機發(fā)射回收系統(tǒng)六、無人機任務(wù)載荷系統(tǒng)與發(fā)射回收系統(tǒng)彈射式發(fā)射，是將彈性勢能轉(zhuǎn)換為機械能，使無人機加速到安全起飛速度。比如在壓縮空氣、橡皮筋或者液壓等彈射裝置產(chǎn)生的彈力作用下，使安裝在軌道式發(fā)射裝置上的無人機發(fā)射升空，當(dāng)無人機飛離發(fā)射裝置后，由無人機上的主發(fā)動機產(chǎn)生升力并完成飛行任務(wù)。2.無人機發(fā)射回收系統(tǒng)六、無人機任務(wù)載荷系統(tǒng)與發(fā)射回收系統(tǒng)起落架滑跑起飛，無人機起落架滑跑起飛受到地面環(huán)境條件的限制，與有人機起飛方式機相似，不同的地方在于以下兩點。（1）無人機起落架可以采用可棄式起落架，只在起飛階段用到起落架，起飛后便拋棄，減輕無人機重量，等到回收時用其他回收方式。

（2）輕、微型無人機一般采用固定起落架，結(jié)構(gòu)簡單。而遠(yuǎn)航飛行的大、小型無人機則采用可收放起落架，以減少飛行過程中因起落架產(chǎn)生的阻力。

起落架滑跑起飛幾乎適用于任何類型的無人機。2.無人機發(fā)射回收系統(tǒng)六、無人機任務(wù)載荷系統(tǒng)與發(fā)射回收系統(tǒng)空中發(fā)射，