无人机概述及系统组成(理论教员)20170420A

机器人时代的先锋——无人机概述及系统组成民航理论教员培训2017年4月陆上机器人海上机器人空中机器人特种人形机器人太空机器人2大背景教学方法执照背景培训重要性3本部分内容建议的教学方法★对学员高大上的介绍自己，可以吹一点；开宗明义介绍本部分要点，无人机知识的树干；以系统性的知识作为目的，不要把考核作为目的，关键是让大家知道树干；以PPT图片、视频、重要公式、定义作为主线；每个图都有一个故事，讲不讲看课堂时间；以故事性的叙述讲述发展、沿革、背景等内容；此处用视频很省事；以类比的方式讲述理论与技术概念；以交互式的提问活跃课堂气氛；以固定的课堂小作业控制纪律。4孙毅出生自航空城…毕业于北航…从事无人机相关研究…AOPA工作经历…特聘教授…多轴飞行器概论…5今日要点即树干（以今天举例，今天不是讲概述与系统组成，而是给大家介绍讲课的方法，其中PPT及视频课后可以向我索取）一个技术领域网络化条件下的空中机器人技术一个公式升力公式(平台技术的基础)三个轴机体轴（飞控技术的基础）四个组成桨机调池（电动动力技术的基础）七个子系统结构动力飞控机载链显示操纵地面链6大背景教学方法执照背景培训重要性7民航局飞行标准司驾照车本道路安全法培训的依据无人机管理办法(故事及汽车类比讲背景)民航局飞行标准司民航局适航司民航局飞行标准司民航局适航司国家空管委空军8培训主管部门9驾照管理平台10培训机构11培训学员U-Cloud(优云)系统13大背景教学方法执照背景培训重要性14培训的重要性1：避免飞行事故（关键视频1）坠机、伤亡、任务失败原因：操作不当；设备故障；环境干扰。事故：15培训的重要性2：规范行为（3到4个小故事）中南海事件首都机场事件亚马逊isis16培训中的考试（本页不在目录中，以显示重要及保密，吸引学员兴趣）机考实践考试实践考试口试1、飞行理论。2、平台知识。3、动力系统。4、遥控器。5、应急操作升力、轴系桨、机、调、池地面站1、界面信息。2、下拉信息。3、界面浏览。4、五点航线。5、上传及存储航线6、电台设置。7、应急操作。飞行17技术背景技术革命未来战士未来摄影师机器人技术传统航空技术通讯网络技术18重要技术关键技术核心技术现代无人机技术运动平台技术（身体）AI人工智能（脑子）总体气动结构隐身动力控制通讯管控大数据互联网+传统无人机技术飞控技术飞行器数据链技术ATM技术机器人运动指挥协同作业无人机涉及的技术领域19前三次技术革命20可预见的第四次技术革命204、机械化、网络化基础上的机器人革命美军：X-37下一代航天飞机跟踪我潜艇的美军无人水面艇反水雷作战的无人潜艇多国已装备的武装多旋翼美航母舰载的X-47美陆军无人坦克俄无人轮式装甲车美山地部队机器骡子21第四次技术革命可能的未来世界23军用需求态势感知力量投送力量投送态势感知态势感知与力量投送两大类24民用需求航摄测绘与快递植保两大类类似于军用的态势感知与力量投送航空测绘快递航空摄像植保25概述无人机的定义无人机的分类无人机的发展26无人驾驶航空器（UA：UnmannedAircraft），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（RPA：RemotelyPilotedAircraft），简称无人机。无人机的定义（正文中以金字标出要点）北航“毒蜂”单兵无人机（公斤级）中航“翔龙”战略无人机（十吨级）27无人机系统（UAS：UnmannedAircraftSystem），也称无人驾驶航空器系统（RPAS：RemotelyPilotedAircraftSystems），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他部件组成的系统。无人机系统的定义（机、站、链）以色列“轨道”无人机系统北航“灰蜂”无人机系统飞控子系统地面站分系统动力子系统结构子系统飞行器分系统显示子系统操纵子系统机载链路子系统地面链路子系统链路分系统（链路分系统的硬件安装于飞行器与地面站上）地面任务子系统发射回收子系统机载任务子系统运输携行子系统一种典型无人机系统的组成3+1个分系统任务分系统（任务分系统的硬件安装于飞行器与地面站上）29无人机系统驾驶员，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。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。无人机系统驾驶员的定义30概述无人机的定义无人机的分类无人机的发展31按飞行平台构型分类：无人机系统可分为固定翼、旋翼、飞艇、伞翼、扑翼、变模态等。按平台构型分类伞翼无人机系统美蜻蜓变模态无人机系统固定翼无人机系统旋翼无人机系统无人飞艇系统扑翼无人机系统32最主要的平台构型（点出这是学员必须知道的5种最主流构型）常规布局固定翼全球鹰双尾撑布局固定翼苍鹭B无尾布局固定翼暗星尾桨单旋翼火力侦查兵多旋翼大疆精灵33按用途分类（民用）34按用途分类（民用）快递巡检警用植保气象探矿娱乐穿越训练影视35按用途分类（军用）攻击靶标中继反辐射特种侦查36我军按活动半径分类超近程：15km以内近程：15-50km之间短程：50-200km之间中程：200-800km之间远程：大于800km。超近程毒蜂近程ASN104短程ASN206中程翼龙中程利剑远程翔龙37美军按任务高度分类超低空：0-100m低空：100-1000m中空：1000-7000m高空：7000-18000m超高空：大于18000m超高空X37超低空乌鸦低空影子中空捕食者A高空捕食者B分类——其他方式按照动力能源分类活塞涡桨涡扇太阳能燃料电池按照作战级别分类战略级战役级战术级按照平台形式分类常规布局固定翼低可探性固定翼共形天线固定翼飞艇旋翼其他分类方式39按尺度分类（点出民航只认这个）40概述无人机的定义无人机的分类无人机的发展41国外无人机的发展越战火蜂越战D21（SR71背负）第四次中东战争猛犬冷战末期全球鹰当代火力侦查兵当代捕食者342国内无人机的发展改一型靶机ASN105京商260日进口雅马哈日进口翔龙神雕（侠侣）反隐形无侦5（运八挂载）长空一号靶机12B各军区特种大队蜂8南方装甲部队车载北航灰蜂北航00543系统组成飞行器飞行平台动力装置导航飞控电气系统任务设备控制站显示系统操纵系统通讯链路机载地面44飞行器是指能在地球大气层内外空间飞行的器械。通常按照飞行环境和工作方式，把飞行器分为几大类：——航空器：——航天器：——空天飞行器：——火箭和导弹：——巡飞弹型无人机：飞行器的定义45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空器46系统组成飞行器飞行平台动力装置导航飞控电气系统任务设备控制站显示系统操纵系统通讯链路机载地面47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。固定翼Fixed-wing无人机平台48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用获得，与固定翼为相对的关系。旋翼Rotarywing无人机平台49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无人机平台（关键视频3、4）50常规固定式不带边框51常规固定式带边框52穿越式53手动水平变形式54手动垂直变形式55自动脚架收放式56自动整体变形式57其他类型58无人飞艇平台及系留气球59各类变模态平台60伯努利方程管道中以稳定的速度流动的流体，若流体不可压缩，且与外界无能量交换，则沿管道各点的流体的动压与静压之和等于常量。伯努利方程公式p+1/2v2=常数流体的基本规律（开始为1个公式做铺垫，讲4个人的故事）61伯努利方程现象流体的基本规律（讲纸、伞、船、香蕉球、飓风、喷雾器故事）升力作用在飞机上的空气动力（重点讲第一个图）升力的计算公式：212yLiftCvS对于某一种翼型，通过实验可以获得升力系数与迎角的关系曲线，即Cy—α曲线。升力公式（标星的告诉学员都是重中之重）（结合每一个字母举例，讲固定翼迎角加一倍，多轴转速加一倍的故事、将螺旋桨为啥反扭）★64三种飞行器的操纵（基本原理）65失速（让学员记住13度就行）66翼面的几何形状机翼翼型及其参数翼型：机翼的横剖面形状。翼型厚度：指上下翼面在垂直于翼弦方向的距离，其中最大者成为最大厚度。中弧线：翼型厚度中点的连线。翼弦：翼型前缘点与后缘点间的连线。翼型弯度：中弧线与翼弦之间的最大距离。67低速飞机阻力的产生及减阻措施（阻力不重要，时间不够可迅速带过）按阻力产生的原因，飞机低速飞行时的阻力一般可分为：•摩擦阻力•干扰阻力•诱导阻力•压差阻力212xDragCvS68影响摩擦阻力的因素空气的粘性飞机表面的形状（主要是光滑程度）同气流接触的飞机表面积的大小（浸润面积）附面层中气流的流动情况69压差阻力（讲故事，手伸车窗外）运动着的物体前后由于压力差而形成的阻力叫做压差阻力。70诱导阻力（讲故事，一群大雁往南飞及你在菲尔普斯身后游泳）诱导阻力是翼面所独有的一种阻力，它是伴随着升力的产生而产生的，因此可以说它是为了产生升力而付出的一种“代价”。71减小诱导阻力（讲故事鸟的初级飞羽）72干扰阻力干扰阻力就是飞机各部分之间由于气流相互干扰而产生的一种额外的阻力。稳定性（交互：现场让学员叠一个纸飞机，你现场正反飞一飞，演示固定翼前飞是有天然稳定性的）（再拿根棍或笔，拿手支一支，展示直升机或多轴是天然不稳定的，需要频繁调整）（表明旋翼的飞控比固定翼的难度大）74航空器---机翼结构名称（记住梁、翼肋、蒙皮就行）航空器---机身结构名称（记住梁、隔框及火墙、蒙皮就行）航空器——起落装置（记住固定翼前后三点、旋翼滑撬就行）系统组成飞行器飞行平台动力装置导航飞控电气系统任务设备控制站显示系统操纵系统通讯链路机载地面78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力系统通常为活塞式发动机和电动机两种。79动力装置动力装置---活塞式（关键视频5）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、进气系统、增压器、点火系统、燃油系统、启动系统、润滑系统以及排气系统构成。81动力装置---活塞式82动力装置---电动★（开讲4个组成桨、机、调、池。从机开始，A讲中国稀土，外转子无刷三相交流异步电机、啥叫2208、磁悬浮、电磁弹射、电磁炮。B电调2粗3中3细8根线、啥叫BEC。C聚合物锂电及其他电池、啥叫2200mAh、6S、20C。D碳桨、木桨、塑胶桨，啥叫22×10、英寸、螺距就是在豆腐里转一圈的距离、右旋前进是正桨，CCW是英文反、时针、方向简称）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。83动力装置---涡喷（关键视频6）（讲核心机涡喷、涡扇、涡桨、涡轴、M1坦克涡轮发动机、052燃气轮机、涡轮叶片工业皇冠的宝石）涡轮喷气发动机的组成：进气道压气机燃烧室涡轮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飞行器飞行平台动力装置导航飞控电气系统任务设备控制站显示系统操纵系统通讯链路机载地面87物体自由度运动学基础（开始为3个轴做铺垫，横纵立）（世间一切物体都