第2章-系统组成及介绍

第2章系统组成及介绍•典型的无人航空器系统是由飞行器平台、控制站、通讯链路、批准的型号设计规定的任何其他部件组成的系统。•飞行器是由人类制造、能飞离地面、在大气层内或大气层外空间飞行的机械飞行物。•在大气层内飞行的称为航空器。•在大气层外飞行的称为航天器。CompanyLOGO•航空器依据获得升力的方式不同分为两大类：•轻于空气的航空器：依靠空气的浮力漂浮于空中。•重于空气的航空器：包括非动力驱动和动力驱动。*无人机系统飞行器平台主要使用的是重于空气的动力驱动的航空器。CompanyLOGO•固定翼平台：•固定翼航空器是指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航空器。CompanyLOGO•固定翼平台结构组成：•机身：主要作用是装载设备、燃料武器等，同时是其他结构部件安装的基础。•机翼：固定翼飞行器产生升力的部件。•尾翼：用来配平、稳定和操纵飞行器飞行的部件。•起落架：用来支撑飞行器停放、滑行、起飞着陆和滑跑的部件。CompanyLOGO•旋翼平台即旋翼航空器平台，旋翼航空器是一种重于空气的航空器，其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，与固定翼航空器为相对的关系。•现代旋翼航空器通常包括直升机、旋翼机、变模态旋翼机三种类型。CompanyLOGO•直升机：由一个或多个水平旋翼提供升力和推进力•多轴飞行器：具有三个及三个以上旋翼轴的特殊直升机•旋翼机：旋翼没有动力，靠前进时的相对气流吹动旋翼•其他：扑翼机、倾转旋翼机CompanyLOGO•即航空器的发动机以及保证发动机正常工作所必须的系统和附件的总称。•目前主流民用无人机动力系统通常为活塞式发动机和电动机两种。CompanyLOGO•活塞式发动机也叫往复式发动机，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、排气系统组成。CompanyLOGO•进气系统：为发动机提供提供工作所需的清洁空气•增压器：提高发动机进气压力•点火系统：用于点燃经混合的燃料和空气•燃油系统：持续提供发动机工作所需的燃油•启动系统：带动发动机曲轴旋转以启动发动机CompanyLOGO•电动动力系统主要由动力电机、动力电源、调速系统三部分组成。CompanyLOGO•动力电机CompanyLOGO•动力电源CompanyLOGO•调速系统CompanyLOGO•小型涡轮喷气式发动机机构包含四部分：压气机、燃烧室、涡轮、喷管。CompanyLOGO•除上述动力系统外，无人机中还有少数涡轴、涡桨、涡扇等动力装置的应用。涡轴适用于中低空、低速短距/垂直起降无人机和倾转旋翼机。涡桨适用于中高空长航时无人机，涡扇适用于高空长航时无人机和无人战斗/攻击机。CompanyLOGO•螺旋桨是一个旋转的翼面，它提供必要的拉力或推力是飞机在空气中移动。其产生的升力大小依赖于桨叶的形态、桨叶迎角和发动机转速。•螺旋桨分为定距螺旋桨和变矩螺旋桨。CompanyLOGO•定距螺旋桨：•定距桨不能改变桨距。这种桨只有在一定的空速和转速组合下才能获得最好的效率。此外，还可以把定距桨分为爬升螺旋桨和巡航螺旋桨两种类型。•（1）爬升螺旋桨有小的桨距，旋转阻力更少。阻力较低导致转速更高，具有更多功率能力，在起飞和爬升时提高了性能，但在巡航飞行时降低了性能。•（2）巡航螺旋桨有高桨距，因此旋转阻力更多，更多阻力导致较低的转速和较低的功率能力，降低了起飞和爬升性能，但增加了高速巡航飞行效率。CompanyLOGO•变矩螺旋桨：•恒速螺旋桨是最常见的变矩螺旋桨类型。其主要优点是在大的空速和转速组合范围内把发动机功率的大部分转换成推进马力。CompanyLOGO•导航飞控系统是无人机的关键核心系统之一。•在部分情况下又可划分为导航子系统和飞控子系统两部分。CompanyLOGO•导航子系统的功能是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，引导无人机沿指定航线安全、准时、准确的飞行。完善的无人机导航子系统具有以下功能：•（1）获得必要的导航要素，包括高度、速度、姿态、航向。•（2）给出满足精度要求的定位信息，包括经度、纬度。•（3）引导飞机按规定计划飞行。•（4）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。•（5）接收控制站的导航模式控制指令并执行，具有指令导航式与预定航线飞行模式相互切换的功能。•（6）具有接收并融合无人机其他设备的辅助导航定位信息的能力。•（7）配合其他系统完成各种任务。CompanyLOGO•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，对无人机实现全权控制与管理，因此飞控子系统是执行任务的关键。飞控子系统主要具有如下功能：•（1）无人机姿态稳定与控制。•（2）与导航子系统协调完成航迹控制。•（3）无人机起飞与着陆控制。•（4）无人机飞行管理。•（5）无人机任务设备管理与控制。•（6）应急控制。•（7）信息收集与传递。CompanyLOGO•无人机导航飞控系统常用的传感器包含：•1.角速率传感器：用于感受无人机绕机体轴的转动角速率•2.姿态传感器：用于感受无人机的俯仰、滚转和航向角度•3.高度、空速传感器：用于感受无人机的飞行高度和空速•4.位置传感器：用于感受无人机的位置，是飞行轨迹控制的必要前提•这些传感器构成无人机导航飞控系统设计的基础。CompanyLOGO•导航飞控计算机，简称飞控计算机，是导航飞控系统的核心部件，从无人机飞行控制的角度来看，飞控计算机应具备如下功能：•（1）姿态稳定与控制•（2）导航与制导控制•（3）自主飞行控制•（4）自动起飞、着陆控制CompanyLOGO•无人机执行机构都是伺服作动设备，是导航飞控系统的重要组成部分。其功能是根据飞控计算机的指令，按规定的静态和动态要求，通过对无人机各舵面和发动机节气风门等的控制，实现对无人机飞行的控制。CompanyLOGO•伺服执行机构的类型：•电动伺服执行机构：通常由电机、测速装置、位置传感器、齿轮传动装置、驱动电路等组成。•电液伺服执行机构：通常由电液伺服阀、作动筒和位置传感器等组成。•气动伺服执行机构：通常由电磁控制活门、作动筒和位置传感器等组成。•*通常意义上的舵机即是一种电动伺服执行机构。CompanyLOGO•电气系统是无人机系统的一个重要组成部分，它的工作状态及运行质量将直接影响无人机和全系统的正常工作。•无人机电气系统一般包括电源、配电系统、用电设备三个部分，电源和配电系统两者的组合统称为供电系统。供电系统的功能是向无人机各用电系统或设备提供满足预定设计要求的电能。CompanyLOGO•任务设备按用途分类，可以分为侦察搜索设备、测绘设备、军用专用设备、民用专用设备等。•常用的侦搜设备有光电平台、SRA雷达、激光测距仪等，而测绘设备则是测绘雷达、航拍相机等。CompanyLOGO•随着国内无人机产业的不断发展，为了系统的安全运行，无人机空中交通管制的需求越来越强烈。•按照行业相关发展规划，未来在融合空域运行的无人机系统或所有大型无人机系统必须安装专用的空中交通管制设备。•未来所有在隔离空域运行的小、轻、微型无人机系统处于成本和载重原因可以不安装专用的空中交通管制设备，但是必须安装由行业协会授权的可以联网、实时受到监控的自驾系统。CompanyLOGO•指挥控制与任务规划是无人机地面站的主要功能。无人机地面站也称控制站、遥控站或任务规划与控制站。•无人机地面站系统的功能通常包括：指挥调度、任务规划、操作控制、显示记录等功能。CompanyLOGO•标准的无人机地面站通常由数据链路控制、飞行控制、载荷数据处理四类硬件设备机柜构成，主要包括以下内容：•1.指挥处理中心：主要是制定无人机飞行任务、完成无人机载荷数据的处理和应用。•2.无人机控制站：无人机控制站主要是由飞行操纵、任务载荷控制、数据链路控制和通信指挥等组成，可完成对无人机机载任务载荷等的操纵控制。•3.载荷控制站：载荷控制站与无人机控制站的功能类似，但载荷控制站只能控制无人机的机载任务设备，不能进行无人机的飞行控制。CompanyLOGO•地面控制站内的飞行控制席位、任务设备控制席位、数据链管理席位都设有相应分系统的显示装置，因此需要综合规划，确定所显示内容、方式、范围。主要的显示内容包括以下三个方面：•1.飞行参数综合显示：飞行参数显示可根据飞行与任务需要，选择需要的系统信息予以显示，便于无人机驾驶员判读，如飞行导航信息、数据链状态信息、设备状态信息、指令信息等。•2.告警：告警信息包括视觉告警和听觉告警，按级别又可分为提示、注意和警告三个级别。•3.地图航迹显示：地图航迹显示可为无人机驾驶员提供无人机位置等导航信息。包括导航信息显示、航迹绘制显示及地理信息的显示。CompanyLOGO•无人机操纵与控制主要包括起降操纵、飞行控制、任务设备（载荷）控制和数据链管理等。CompanyLOGO•起降阶段是无人机操纵中最难的控制阶段，根据无人机不同类别及起飞重量，其起降操纵方式也有所不同。•1.起飞（发射）方式：•手抛、弹射、零长发射、投放发射、滑跑起飞。•2.回收方式：•伞降回收、撞网回收、气囊回收、滑跑降落。CompanyLOGO•飞行控制是指采用遥控方式对无人机在空中整个飞行过程的控制。遥控方式是通过数据链路对无人机实施的飞行控制操纵，一般包括：•1.舵面遥控：由控制站上的操纵杆直接控制无人机舵面。•2.姿态遥控：在姿态稳定控制机构的基础上控制无人机的俯仰角、滚转角和偏航角。•3.指令控制：通过上行链路发送控制指令，机载计算机收到指令后按预定的控制模式执行。CompanyLOGO•任务设备控制是地面站任务操纵人员通过任务控制单元，发送任务控制指令，控制机载任务设备工作。同时，地面站任务控制单元处理并显示机载任务设备工作状态，供任务操纵人员判读和使用。CompanyLOGO•数据链管理主要是对数据链设备进行监控，使其完成对无人机的测控与信息传输任务。机载数据链主要有：V/UHF视距数据链、L视距数据链、C视距数据链、UHF卫星中继数据链、Ku卫星中继数据链。CompanyLOGO•无人机通信链路，主要指用于无人机系统传输控制、无载荷通信、载荷通信三部分信息的无线电链路。•根据通信链路连接方法可分为点对点连接通信链路和多点连接链路。•根据通信方式不同可分为单向通信链路和双向通信链路。CompanyLOGOCompanyLOGO