第07章 无人机.ppt

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1、航空航天概论无人机 7.1 无人机概况无人机概况 7.2 无人机的飞行控制无人机的飞行控制 7.3 无人机的起飞与着陆无人机的起飞与着陆 7.4 无人机的用途无人机的用途回总目录退出7.1 无人机概况无人机概况7.1.1 什么叫无人机什么叫无人机7.1.2 无人机的发展概况无人机的发展概况7.1.3 无人机的特点无人机的特点7.1.1 什么叫无人机（什么叫无人机（1）无人机其全称是无人驾驶飞机，从广义上讲有翼导弹也可以算一种无人驾驶的飞机，但本章所提及的主要是指没有驾驶员的飞机。以下是一些人们对无人机的构想。7.1.1 什么叫无人机（什么叫无人机（2）7.1.1 什么叫无人机（什么叫无人机（3

2、）7.1.2 无人机的发展概况无人机的发展概况（1）最早的无人驾驶飞机是指用无线电遥控的飞机。在本世纪初便有人开始研究利用无线电控制飞机的可能性。最早出现的只是用无线电遥控的飞机模型，后来出现了自动驾驶仪才使得有可能研制真正的无人驾驶飞机。7.1.2 无人机的发展概况无人机的发展概况（2）无人机的出现首先是作为靶机出现的。最初空中使用的“靶标”都是拖靶小旗或布袋，这样既不安全也不真实。在三十年代于是有人把有人驾驶飞机改装一番后就成了无人驾驶的靶机。如英国的“蜂后”靶机，美国的OQ-19、PQ-8靶机等。7.1.2 无人机的发展概况无人机的发展概况（3）四十年代初第二次世界大战期间，通过改装一些

3、现役轰炸机美国又研制了无人轰炸机。这些无人机安装了一些必要的自动控制系统，拆卸了一些多余的自卫武器和设备。当进行远距轰炸时，则先由驾驶员操纵一段时间，进入攻击区以前驾驶员跳伞离开，随即由伴航飞机遥控进行轰炸。7.1.2 无人机的发展概况无人机的发展概况（4）第二次世界大战末德国也曾秘密从事无人轰炸机的研究。V-1 导弹就是当时他们的无人轰炸机。V-1 导弹外型很象一架普通飞机。7.1.2 无人机的发展概况无人机的发展概况（5）它具有中单翼，平尾和垂尾，有一台脉冲式喷气发动机装在垂尾上方。虽然V 1 导弹的命中率不高，但它是第一架完全由控制系统自动导航完成全部飞行过程的无人机。在V-1导弹的促进

4、下，到了五六十年代，无人机有了很大的发展。这时除了将一些有人驾驶飞机改装成无人驾驶7.1.2 无人机的发展概况无人机的发展概况（6）飞机外，还成功地设计了一些无人靶机、无人侦察机、无人驾驶研究机。随着电子仪器的微型化，无人机在七十年代进入了一个崭新的时期。无人机向着小尺寸、高精度、多用途方向发展。到目前为止无人机仍在继续研究发展。7.1.3 无人机的特点（无人机的特点（1）1.小巧灵活 现代无人机犹如一个大航空模型，大型的也只相当于一般的小飞机。任务载重最高可达几百公斤，最小的只几十公斤；飞行高度最高可达30000米，最低可达30米；飞行速度最高 4 马赫；最长巡航时间可达20小时。它能承受的

5、机动过载比有人飞机高一倍。7.1.3 无人机的特点（无人机的特点（2）2.成本低廉 由于机上没有驾驶员，省去了有人驾驶飞机上的许多昂贵系统以及整个驾驶舱。同时结构设计所需的安全系数比有人驾驶飞机小得多，为此可采用廉价、轻巧的结构材料和积木式组装。从寿命上考虑也不需要太昂贵的长寿命的发动机。无人机的操纵人员培训费用和使用费用也比有人驾驶飞机低得多。7.1.3 无人机的特点（无人机的特点（3）3.易于“隐形”与有人驾驶飞机相比，无人机的机身小，若适当设计机体形状，尽可能采用非金属材料，可使无人机反射雷达电波的能力大大减弱，而不易被敌方雷达发现。无人机的发动机推力小，热辐射特性弱，不易被敌方的红外制

6、导武器跟踪；发动机加装消音器，噪声也很小。7.2 无人机的飞行控制无人机的飞行控制 无人机上没有驾驶员，因此它无人机上没有驾驶员，因此它主要依靠主要依靠“遥控遥控”或或“自控自控”飞行。飞行。7.2.1 遥控飞行遥控飞行7.2.2 自控飞行自控飞行 7.2.3 遥控与自控结合遥控与自控结合7.2.1 遥控飞行（遥控飞行（1）遥控即对被控对象进行远距离控制，使用的方法很多，如有线遥控、无线电遥控、声音遥控、光学遥控等。其中，无线电遥控是最重要、应用最广泛的遥控方式。7.2.1 遥控飞行（遥控飞行（2）1.上传指令 无线电遥控的基本过程：遥控站通过发射机向无人机发送无线电波，传递指令，无人机上的接

7、收机接收并译出指令的内容，通过自动驾驶仪按指令操纵舵面，或通过其他接口操纵机上任务载荷。为了能正确发送遥控指令，遥控站设有搜索和跟踪雷达，它们测量无人机7.2.1 遥控飞行（遥控飞行（3）在任意时刻相对地面的方位角、俯仰角、距离和高度等参数，并把这些参数送入电子计算机，经计算后就能绘出无人机的实际航迹，与预定航线比较，就能求出偏差，然后才能发出指令进行修正。此外无人机上还装有一部无线电应答器，称为信标机。它是一种自动工作的小型收发信机，能在收到跟踪雷达的7.2.1 遥控飞行（遥控飞行（4）询问信号后，发回一个信号给雷达。由于信标机发送的信号比无人机反射的雷达信号强得多，所以信标机可以起到增加跟

8、踪雷达探测距离的作用。7.2.1 遥控飞行（遥控飞行（5）2.下传信号 遥控指令只包含航迹修正信号是显然不够的，在飞行中无人机会受到多种因素的影响，无人机的飞行姿态也在不断变化，所以指令还需要包括对飞行姿态的修正内容。对飞行姿态的修正信息是通过“遥测”获得的，即由无人机上的传感器测出7.2.1 遥控飞行（遥控飞行（6）被测对象的参数，并转变为电信号，然后用通信和数据传输技术，将这些信息送到遥测终端。由计算机还原、分析这些信息就能给出飞行姿态的遥控修正指令了。7.2.1 遥控飞行（遥控飞行（7）3.遥控飞行的利与弊 利：这种控制方式有利于简化无人机的设计，降低制造成本，并提高战术使用的灵活性。弊

9、：（1）用这种方式控制的无人机受无线电作用距离的限制，通常只可达320至480公里。（2）怕电子干扰。7.2.2 自控飞行（自控飞行（1）自控飞行就是不依赖地面控制，一切动作都自动完成的飞行。为此，机上需要有一套装置以保证飞行航向和飞行姿态的正确。保证航向和姿态正确要有导航装置，导航的方法很多，最普通的是用罗盘指示航向，其他有无线电导航、多普勒导航、惯性导航系统或捷联导航系统等。7.2.2 自控飞行（自控飞行（2）1.无人机“领航员”无人机可采用的自主式导航系统有多普勒系统、惯性导航系统或捷联式惯性导航系统等。（1）多普勒导航系统 （2）惯性导航系统 （3）捷联式惯性导航系统7.2.2 自控飞

10、行（自控飞行（3）多普勒导航系统是利用多普勒效应实现的，该系统由磁罗盘或陀螺仪表、多普勒雷达和导航计算机组成。磁罗盘或陀螺仪表的作用类似于指北针，可测出无人机的航向角。多普勒雷达不断地沿着某方向向地面发出无线电波，利用无人机和地面有相对运动产生多普勒效应，测出雷达发7.2.2 自控飞行（自控飞行（4）射的电磁波和接收到的回波的频率变化，从而计算出无人机相对于地面的飞行速度，速度的方向就是该点航线的方向。由以上提供的数据，导航计算机就可以不断地计算出无人机飞过的路线。7.2.2 自控飞行（自控飞行（5）惯性导航系统依靠感测到的飞机的运动加速度获得其速度和位置。加速度由加速度表利用物体惯性测得，将

11、加速度积分一次就得到速度，积分两次就得到所经过的距离。惯性导航系统由稳定平台、计算机、控制（显示）部件组成。其突出优点是能给出精确的速度、姿态和方位数据，7.2.2 自控飞行（自控飞行（6）工作不受环境条件和飞行状态的影响。缺点是部件加工精度要求高，因而成本高，使用复杂，飞行前需要较长时间的校准和加温时间；维护困难；导航精度随工作时间的增加而降低，因此这种系统无人机上用得不多。7.2.2 自控飞行（自控飞行（7）捷联式惯性导航系统是一种没有陀螺平台的惯性导航系统，要求有高速计算机，其成本更高，目前尚未在无人机上使用。7.2.2 自控飞行（自控飞行（8）2.无人机上的“指挥员”指挥无人机沿预定路

12、线飞行并执行任务的装置是“程序装置”。它负责比较由多普勒导航系统计算机输出的信号与预定信号的差别。若有差别，则给自动驾驶仪一个信号，命令它操纵舵面偏转，以纠正航迹偏差。此外它还能给出命令，控制机上其他设备动作。7.2.2 自控飞行（自控飞行（9）3.自控飞行的利与弊 利：（1）航程加大；（2）无人机可以独立、自主地工作，不需要任何地面设备，也不需要与地面进行无线电联络，因而不易被敌方发现和收到电子干扰或破坏。弊：机上需一套复杂的自主导航和控制系统，不仅增加重量，也提高了无人机成本。多普勒效应 当振动源（声音、光、无线电波都是振动的一种）相对于观察者以速度V运动的话，观察者所收到的振动频率与振源

13、发出的振动频率不同。频率的变化量与相对速度和波长有关，频率的变化量与相对速度成正比，与振动波长成反比。7.2.3遥控与自控结合（遥控与自控结合（1）实际上，遥控与自控这两种控制方式常结合使用。一架现代无人机可以在不同的飞行段，交替地采用遥控或自控飞行。这样可以充分利用遥控和自控两种控制方式各自的优势，克服彼此的缺陷。7.2.3遥控与自控结合（遥控与自控结合（2）7.3 无人机的起飞与着陆无人机的起飞与着陆 有人驾驶飞机的起飞与降落是飞行中的两大“难关”，无人驾驶飞机则更是如此。7.3.1 无人机的起飞无人机的起飞7.3.2 无人机的着陆无人机的着陆7.3.1 无人机的起飞（无人机的起飞（1）1

14、.母机投放 由有人驾驶轰炸机、攻击机或运输机把无人机带上天，在适当的地方投放起飞。这种方法简便易行，运用灵活，成功率高，并可增加无人机的航程。7.3.1 无人机的起飞（无人机的起飞（2）7.3.1 无人机的起飞（无人机的起飞（3）7.3.1 无人机的起飞（无人机的起飞（4）2.火箭助推 借助固体火箭助推器，无人机从发射架上起飞。这种方法所需发射场地很小，适合在前沿地区、山区或船上使用。7.3.1 无人机的起飞（无人机的起飞（5）7.3.1 无人机的起飞（无人机的起飞（6）3.起飞跑车 将无人机安装在带轮小车上，靠无人机的发动机推进，当速度达到后，无人机脱开小车升空。这种方法可利用现成的机场条件

15、起飞；无需复杂的起落架，起飞跑车结构简单；比其他方法更经济。7.3.1 无人机的起飞（无人机的起飞（7）7.3.1 无人机的起飞（无人机的起飞（8）4.垂直起飞 利用直升机的起飞原理起飞。7.3.2 无人机的着陆（无人机的着陆（1）1.脱“壳”而落 此法回收回收无人机上有价值的那一部分，如照相机舱等。这种方法不多用，因为回收舱与无人机分离并不容易，而且也不经济。美国的GTD-30 型高空超音速无人侦察机就利用这种回收方法。7.3.2 无人机的着陆（无人机的着陆（2）2.网捕而归 用网拦挡无人机进行回收，这是回收小型无人机的常用方法。以色列“侦察兵”无人机就是用这种方法回收。7.3.2 无人机的

16、着陆（无人机的着陆（3）3.乘伞而降 用降落伞回收无人机是普遍采用的方法。伞降回收一般只适合小型无人机使用。对于较大型的无人机，由于伞降回师的可靠性不高，操纵较困难，损失率较高。如今，虽然伞降回收技术已大大改进，但其损失率仍比其他方法高。7.3.2 无人机的着陆（无人机的着陆（4）4.气垫着陆 在无人机机腹四周装上“橡胶裙边”，其中有一带孔的气囊，发动机把空气经管道压入气囊，压缩空气从气囊中喷出，在机腹上形成高压空气区气垫。气垫着陆的最大优点是无人机可在不平的地面、泥地、冰雪地或水面着陆，使用不受地形限制。其次大小无人机都可使用，回收率高，使用费用低。7.3.2 无人机的着陆（无人机的着陆（5）5.冒险迫降 利用机腹着陆。这种方法目的式为回收一套贵重的自动控制设备和无线电电子设备，并不在乎机壳或发动机的损伤。7.3.2 无人机的着陆（无人机的着陆（6）随着计算机技术的逐渐发展与进步，计算机的应用也就越来越多，因此计算机技术可以方便地用于现代无人机。它可以控制无人机的起飞、飞行和降落。有了计算机控制，无人机的飞行和起降将更加安全可靠。7.3.2 无人机的着陆（无人机的着陆（7）暗星无人机