2023無人機技術(shù)概論

無人機技術(shù)概述2021目 錄序第1章 航空器與無人機/0011·1航空器/11·2無人機/1復習思考題/011第2章 無人機的飛行原理及結(jié)構(gòu)/012·1無人機飛行原理/12·2無人機結(jié)構(gòu)/15/第3章 無人機的動力/·1活塞航空發(fā)動機/8·2渦輪航空發(fā)動機/1·3鋰電池電動機/4·4油電混合燃油發(fā)動機+鋰電池）/5·5氫燃料電池動力/5·6太陽能動力/6/第4章 無人機飛控操作系統(tǒng)/·1硬件/8·2軟件/5復習思考題/057Ⅹ無人機技術(shù)概論第5章 無人機通信/·1無線信號/0·2遙控器/0·3數(shù)據(jù)、圖像傳輸/4復習思考題/071第6章 無人機材料/·1木材/2·2金屬/3·3非金屬/5復習思考題/076第7章 任務載荷及應用場景/·1任務載荷/8·2應用場景/4復習思考題/108第8章 無人機與體育競技/·1體育競技/19·2穿越機/19復習思考題/118第9章 反無人機方法/119·1無人機的威脅/119·2反無人機主要方法/119復習思考題/122第1第1章航空器與無人機0011章航空器與無人機1·1航空器大氣層大氣層是星球表面上的氣體因為星球引力的影響，在星球表面積聚而成的一層氣體。地球就被很厚的大氣層包圍著。航空器的分類航空器是指在大氣層中飛行的飛行器，其分類如圖11所示。航空器的分類圖111·2圖11無人機的起源無人機誕生于1914年，當時第一次世界大戰(zhàn)正進行得如火如荼。1927年，由··洛教授參與研制的“喉”式單翼無人機在英國海軍“堡壘”號002無人機技術(shù)概論軍艦上成功地進行了試飛。該無人機載有113kg炸彈，以322km/h的速度飛行了480km，在世界上曾引起極大的轟動?！昂怼笔綗o人機如圖12所示。圖12圖12

“喉”式無人機中國民用航空局對無人機的定義如下：無人機（nndt，A）是指由控制站管理（包括遠程操縱或自主飛行）的航空器，也稱為遠程駕駛航空器。通俗地說，駕駛員或控制員不在飛機座艙內(nèi)的能自由飛行的飛行器，稱為無人機。無人機與有人機的比較（見表1 1）表11無人機與有人機的比較項目無人機有人機人員傷亡情況執(zhí)行危險性任務，無人員傷亡執(zhí)行危險性任務，可能會有人員傷亡載人限制不需要考慮人數(shù)及安全措施需要考慮人數(shù)及安全措施尺寸體積不受限制同等情況下，體積要大許多成本無駕駛艙，不需要培養(yǎng)飛行員增加制造成本、飛行員培養(yǎng)成本機動性起降要求低起降要求高自控性、可靠性智能化水平不高，抗干擾能力差飛行員操作為主，抗干擾能力相對強無人機與航模的區(qū)別航模（13）是以娛樂、競技為主（見圖14），以應用為輔；第1章航空器與無人機003而無人機是以應用為主（即無人機行業(yè)應用），以娛樂、競技為輔。各種航模圖13（圖片源自三葉圖13航模進行娛樂表演圖14航模娛樂表演圖14004無人機技術(shù)概論航模沒有智能化的飛控系統(tǒng)，始終需要人通過遙控器在視距范圍內(nèi)操作，才能實現(xiàn)航模的機動和姿態(tài)調(diào)整，如圖15所示。無人機配有智能化的飛控系統(tǒng)，通過程序控制和數(shù)據(jù)鏈將地面控制參數(shù)與無人機進行交互，控制無人機的姿態(tài)和機動，并可以實現(xiàn)自主、超視距飛行。多旋翼無人機系16所示，多旋翼無人機如圖17所示。圖15圖15圖16圖16（圖片源自：山河科技）第1章航空器與無人機005圖17圖17（圖片源自：EE）無人機與航模的差異如圖18所示。圖18圖18無人機的分類按使用領域分無人機可分為軍用、民用和消費三大類。軍用軍用無人機可以用作偵察無人機、誘餌無人機、電子對抗無人機、通信中繼無人機、無人戰(zhàn)斗機以及靶機等。軍用無人機是現(xiàn)代空中軍事力量中的一員，具有無人員傷亡、使用限制少、隱蔽性好、費效比高等特點，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的地位和作用日漸突出。民用民用無人機在農(nóng)業(yè)植?？爝f運輸電力巡檢石油管道巡檢、治安監(jiān)控城市規(guī)劃消防救援災難救援觀察野生動物監(jiān)控006無人機技術(shù)概論傳染病測繪新聞報道影視拍攝等領域都有大量應用年在用無人《飛越山西時有人機個個用無人機拍攝的丹江口宣傳片，把丹江口的自然美完全呈現(xiàn)出來，19所示。圖19圖19（圖片源自：P）無人機用于宣傳如圖110所示。

丹江口 圖110無人機用于宣傳 無人機用于宣圖110圖111無人機在民用領域的應用如圖111所示。圖111無人機在民用領域的應用第1章航空器與無人機007圖111消費圖111

無人機在民用領域的應用（續(xù)）微型自拍、娛樂，112、113所示。自拍圖112圖112（圖片源自：EE）圖113無人機放鞭炮圖113008無人機技術(shù)概論②競技。用于競技的穿越機如圖114所示。圖114圖114（圖片源自：全球無人機網(wǎng)）各類無人機技術(shù)性能、應用領域?qū)Ρ纫姳?2。表12各類無人機技術(shù)性能、應用領域?qū)Ρ阮愋图夹g(shù)要求技術(shù)性能應用領域軍用最高靈敏度、飛行高度高，飛行航程遠，飛行速度快，智能化要求高偵察、誘餌、電子對抗、通信中繼、靶機、戰(zhàn)斗民用高飛行速度、飛行高度較低，航程短農(nóng)業(yè)植保、國土測繪、送貨、警用、消防、氣象監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集、空中無線網(wǎng)絡消費一般航拍、娛樂、競技按外觀特征分無人機主要分為四種：固定翼無人機、無人直升機、多旋翼無人機、撲翼機。撲翼機的應用比較少。固定翼無人機。固定翼無人機比較成熟，其飛行過程非常安全，有自穩(wěn)定的飛行平臺，飛行距離遠，對于航程遠，大范圍、長時間的地圖測繪監(jiān)控有獨特優(yōu)勢在軍用無人機中很常見在一般民用場合不是太多。因為固定翼無人機起降限制條件太多，不能懸停，巡航條件下速度過快，要求飛行高度相對較高，降落時難度大，在很大程度上難于滿足一般使用條件。固定翼無人機如圖115所示。第1章航空器與無人機009固定翼無人機圖115（圖片源自：中航電圖115無人直升機傳統(tǒng)的無人直升機其優(yōu)勢是起降方便航速適中，可以做到隨時懸停載荷續(xù)航都還可以應用比較廣泛但購機成本較高，116所示。無人直升機圖116（圖片源自山河科技圖116多旋翼無人機。多旋翼無人機是一種新型的主流無人機，其優(yōu)點很明顯如起飛降落可像無人直升機一樣方便而且技術(shù)簡單成本低廉，操作方便飛行時振動非常小因此實際應用多種多樣但航時、載重受到了局限。多旋翼無人機如圖117所示。撲翼機。撲翼機也被稱為仿生物無人機，其機翼能像鳥和昆蟲的翅膀那樣上下?lián)鋭樱?18所示。010無人機技術(shù)概論圖117圖圖117圖118（圖片源自：T）常見無人機的對比見表13。表13常見無人機的對比

撲翼機項目固定翼無人機無人直升機多旋翼無人機優(yōu)勢飛行距離長，巡航面積大飛行速度快，高度高可設置航線自動飛行載荷較大可設置回收點坐標自動降落飛行距離長，巡航面積大起降受場地限制少載荷較大體積小，重量輕，噪聲小隱蔽性好適合多平臺多空間使用可以垂直起降懸停側(cè)飛、倒飛飛行高度低，具有很強的機動性，執(zhí)行特種任務能力強結(jié)構(gòu)簡單操控靈活成本低拆裝便利，容易維護不足不能懸停只能按固定航線飛行，不夠靈活操作難度較大，容易產(chǎn)生風險上手較難，需要經(jīng)過專業(yè)培訓成本較高結(jié)構(gòu)復雜故障率高操作難度大成本較高飛行速度慢，飛行距離較短難于實現(xiàn)高空、高速度飛行環(huán)繞建筑拍攝或者飛越大面積建筑群拍攝的難度高容易發(fā)生危險無人機的質(zhì)量見表14。表14無人機的質(zhì)量類型微型輕型小型大型質(zhì)量/kg≤77～116116～5700≥5700第1章航空器與無人機011無人機的飛行半徑見表15。表15無人機飛行半徑類型超近程近程短程中程遠程半徑/km5～1515～5050～200200～800≥800無人機的英文縮寫是 。S B.·S C.A輕型無人機是指空機質(zhì)量 。小于或等于7kg B.大于7kg，小于16kgC.大于116kg，小于5700kg近程無人機活動半徑為 。A.小于15km B.15～50km C.200～800km不屬于無人機機型的是 。塞納斯 B.偵察兵 C.捕食者不屬于無人機系統(tǒng)的是 。飛行器平臺 B.飛行員 C.導航飛控系統(tǒng)常規(guī)固定翼/旋翼平臺是 大氣層內(nèi)飛行的空氣的航空器。重于 B.輕于 C.等于012無人機技術(shù)概論012無人機技術(shù)概論2章無人機的飛行原理及結(jié)構(gòu)2·1無人機飛行原理無人機在空中必須克服阻力才能飛行，而大氣層、氣象條件和空氣動力對無人機飛行具有影響。大氣層大氣層分為五層：對流層、平流層、中間層暖層和外層（散逸層），21所示。分層高度見表21。表21大氣層分層高度分層對流層平流層中間層暖層外層（散逸層）高度/km0～1717～5050～8080～500>500飛行區(qū)域。對流層（無人機飛行區(qū)、天氣現(xiàn)象形成區(qū)）。平流層（民航飛機飛行區(qū)）。中間層（上部空氣稀?。?。（氣象氣球飛行區(qū)）。外層（衛(wèi)星飛行區(qū)）。飛行高度。民用領域?qū)o人機的要求為：飛行速度通常在100km/h以下，飛行高度在3000m以下，特殊應用領域在700～20000m，見表22。第2章無人機的飛行原理及結(jié)構(gòu)013表22無人機飛行高度高度超低空低空中空高空超高空距離/m0～100100～10001000～70007000～20000>20000氣象條件氣象是指天空中發(fā)生的風、云、雨、雪、霜、露、虹、暈、雷電等一切大氣物理現(xiàn)象。氣象條件是指各種天氣現(xiàn)象的水熱條件。風雨雪雷電等對無人機的飛行有比較大的影響。氣溫的高低，尤其是超低溫，對無人機飛行也有影響?？諝鈩恿o人機與空氣做相對運動時作用在無人機上的兩個力為升力和阻力。升力連續(xù)性定理。當流體連續(xù)不斷而穩(wěn)定地流過一個粗細不等的管子時（22）由于管中任何一部分的流體都不能中斷或擠壓起來因此在同一時間內(nèi)，流進任意切面的流體質(zhì)量和從另一切面流出的流體質(zhì)量應該相等管道粗的地方（截面Ⅰ截面積為A）流速慢管道細的地方（截面Ⅱ，截面積為AⅡ）流速快，即v1AⅠ=v2AⅡ。圖22圖22伯努利定理。伯努利定理是能量守恒定律在流體力學（空氣流動）中的推廣應用。在低速（馬赫數(shù)小于0·3）流動的空氣中，參與能量轉(zhuǎn)換的有動能壓力能氣流一流動就有動能產(chǎn)生流動速度越大動能就越大。前提條件如下：①氣流是連續(xù)的、穩(wěn)定的。流動中的空氣與外界沒有能量交換。014無人機技術(shù)概論②氣流密度為常數(shù)。③氣流中無摩擦，或摩擦效應很小，可以忽略不計。升力的產(chǎn)生。無人機飛行時，機翼周圍空氣的流線分布是指機翼橫截面的形狀上下不對稱機翼上方的流線密、流速大下方的流線疏、流速小此時機翼上方的壓強小下方的壓強大產(chǎn)生了作用在機翼上的升力L，23所示。圖23圖23無人機在飛行的過程中，機體上所受的力是平衡的。無人機的重力與無人機產(chǎn)生的升力相平衡，而無人機動力的作用就是克服無人機所受的阻力，推動無人機前進，使得無人機相對于空氣做運動，從而產(chǎn)生升力。阻力無人機在飛行時，會因為不同原因受到非常大的阻力。無人機所受的阻力分為摩擦阻力壓差阻力誘導阻力干擾阻力激波阻力。摩擦阻力。當兩個物體相互滑動的時候，在兩個物體上就會產(chǎn)生與運動方向相反的力，阻止兩個物體的力就是摩擦阻力。當無人機在空氣中飛行時，會受到空氣的摩擦阻力，它是由空氣的黏性所造成的。壓差阻力。飛行中無人機前、后會形成壓強差，由壓強差所產(chǎn)生的阻力稱為壓差阻力。壓差阻力大小與無人機的迎風面積、形狀和在氣流中的位置有很大的關(guān)系。誘導阻力。誘導阻力又叫感應阻力，它是固定翼機翼所獨有的一種阻力。因為這種阻力是伴隨著機翼上升力的產(chǎn)生而產(chǎn)生的，也可以說它是為了產(chǎn)生升力而付出的一種代價。干擾阻力。無人機各部分之間由于氣流相互干擾，產(chǎn)生的一種額外阻力，稱為干擾阻力。激波阻力。當無人機以音速或超音速運動時，擾動波的傳播速度等于或小于無人機前進速度，這樣后續(xù)的擾動波就會同已有的擾動波疊加在一第2章無人機的飛行原理及結(jié)構(gòu)015起，形成較強的波，空氣遭到強烈的壓縮而形成激波阻力。一般無人機的飛行速度并不快，因此這種阻力很小。2·2無人機結(jié)構(gòu)固定翼無人機定義 能遙控飛行或自主控制飛行，機翼外端后掠角可隨速度自動或手動調(diào)整的機翼固定的無人機稱為固定翼無人機，如圖24、圖25所示。三角翼無人機分解圖如圖26所示。中單翼無人機結(jié)構(gòu)圖24（圖片源自：中航電圖24圖25圖25（圖片源自：中航電）016無人機技術(shù)概論圖26圖26（圖片源自：中航電）受力分析固定翼無人機在空氣中以一定速度飛行時，機翼相對于空氣的運動可以看作是機翼不動，而空氣以一定的速度流過機翼。按照流體力學的原理，流動慢的大氣壓強較大，而流動快的大氣壓強較小，這樣機翼下表面的壓強就比上表面的壓強大，兩者之間壓力差便形成了固定翼無人機的升力，其受力分析如圖27所示。飛行過程受力分析簡圖如圖28所示。 圖圖28氣動布局

飛行過程受力分析簡圖4所示。第2章無人機的飛行原理及結(jié)構(gòu)017三角翼無人機如圖25所示。前翼無尾布局無人機如圖29所示。圖29圖29（圖片源自：山河科技）固定翼無人機的分類按垂尾進行分類，固定翼無人機可分為以下3類：1）單垂翼無人機，24所示。雙垂翼無人機。V形尾翼無人機，210所示。V形尾翼無人機圖210（圖片源自：山河科技圖210固定翼無人機的起、降 固定翼無人機適合長航時，高速、高空飛行，但是固定翼無人機起飛、降落對場地有一定的要求。固定翼無人機常見的起飛方式。①在土制跑道上起飛，如圖211所示。018無人機技術(shù)概論圖211圖211（圖片源自：山河科技）②在發(fā)射架上彈射。固定翼無人機發(fā)射架如圖212所示。固定翼無人機在發(fā)射架上起飛如圖213所示。固定翼無人機發(fā)射架圖212（圖片源自：山河科技圖212第2章無人機的飛行原理及結(jié)構(gòu)019圖213圖213（圖片源自：山河科技）③手拋式起飛如圖214所示。

彈射起飛圖214圖214（圖片源自山河科技）固定翼無人機通過車載發(fā)射方式起飛如圖215所示。

手拋式起飛020無人機技術(shù)概論圖215圖215（圖片源自：山河科技）固定翼無人機常見的降落方式。①在草地上降落，如圖216所示。

車載發(fā)射圖216圖216（圖片源自：山河科技）在機場跑道上降落，217所示。在航母上降落，218所示。

草地降落第2章無人機的飛行原理及結(jié)構(gòu)021圖217圖圖217圖218用降落傘方式降落，219所示。

固定翼無人機在航母上降落圖219圖219（圖片源自：山河科技）022無人機技術(shù)概論無人直升機定義能遙控飛行或自主控制飛行，可垂直起降的無人機稱為無人直升機。受力分析無人直升機飛行時利用主旋翼旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生向上的升力，但對機身會產(chǎn)生扭力作用，需要加設一個尾旋翼來抵消扭力、平衡機身，220所示。類型單槳尾槳無人直升機結(jié)構(gòu)如圖221所示。單槳+尾槳無人直升機結(jié)構(gòu)圖221（圖片源自：山河科技圖221雙旋翼共軸無人直升機如圖222、223所示。雙旋翼共軸無人直升機圖222（圖片源自：庫卡科技圖222第2章無人機的飛行原理及結(jié)構(gòu)023雙旋翼共軸無人直升機的特點如下：雙旋翼無人機結(jié)構(gòu)緊湊，外形尺寸小，起飛時沒有側(cè)滑現(xiàn)象，懸停效果好，穩(wěn)定性好，在空中做原地掉頭等動作時，不會有附加的位移、姿態(tài)變化和掉高現(xiàn)象。圖223圖223（圖片源自：山河科技）雙旋翼無人直升機如圖224所示。圖224圖224（圖片源自：山河科技）多旋翼無人機）定義 具備三個或者三個以上旋翼的無人直升機稱為多旋翼無024無人機技術(shù)概論人機，簡稱多軸無人機，如圖2 25所示。飛行原理多旋翼無人機是由電動機或發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)帶動旋翼旋轉(zhuǎn)，依靠多個旋翼產(chǎn)生的升力來平衡自身的重力而飛起來的?？赏ㄟ^改變每個旋翼的轉(zhuǎn)速來控制無人機的平穩(wěn)和姿態(tài)，而當升力之和與無人機總重量相平衡時，無人機就懸停在空中，如圖226、圖2 27所示。圖226圖226

四軸多旋翼無人機外觀結(jié)構(gòu)圖227（圖片源自：EE圖227圖228圖229下面以四旋翼無人機為例進行分析。四旋翼無人機是通過調(diào)節(jié)四個無刷電動機的轉(zhuǎn)速來改變旋翼的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)升力的變化，從而控制無人機的姿態(tài)和位置的。六種運動方式如圖228～圖233所示。圖228圖229四旋翼無人機垂直運動 四旋翼無人機俯仰運動第2章無人機的飛行原理及結(jié)構(gòu)025圖230圖231四旋翼無人機滾轉(zhuǎn)運動 圖230圖231圖232圖233四旋翼無人機前后運動 圖232圖233類型 多旋翼無人機以軸數(shù)或旋翼方式進行命名，如四軸四旋翼、六軸六旋翼、四軸八旋翼、六軸十八旋翼等，如圖234所示。圖234圖234（圖片源自：山河科技）026無人機技術(shù)概論飛行高度一般在0～100m之間的無人機為 。超低空無人機 B.低空無人機 C.中空無人機高空無人機的飛行高度一般在 之間。A.0～100m B.10～1000m C.7000～20000m低空無人機的飛行高度一般在 之間。A.0～100m B.10～1000m C.1000～7000m中空無人機的飛行高度一般在 之間。A.0～100m B.10～1000m C.1000～7000m不屬于抵消旋翼機反轉(zhuǎn)力矩的方法是 。使用尾槳 B.使用共軸旋翼 C.增大旋翼半徑不屬于無人機起飛方式的是 。彈射 B.滑跑 C.滑翔不屬于無人機回收方式的是 。傘降 B.飄落 C.氣囊回收下列哪種形式的旋翼飛行器不是直升機 。單旋翼帶尾槳式 B.共軸雙旋翼式 C.自轉(zhuǎn)旋翼式尾槳的功能是 。在單旋翼直升機上，保證縱向穩(wěn)定性在單旋翼直升機上，能對直升機航向起到操縱和穩(wěn)定作用在單旋翼直升機上，提供升力旋翼機飛行時間的含義是指 。自旋翼機起飛離地到著陸接地的時間自旋翼機起飛滑跑至著陸滑跑終止的時間自旋翼機旋翼開始轉(zhuǎn)動至旋翼停止轉(zhuǎn)動的時間旋翼機可以在距離障礙物10m以外，1～10m的高度飛行，但飛行速度不得超過 。第2章無人機的飛行原理及結(jié)構(gòu)02710km/h B.15m/h C.20km/h 航空器平臺結(jié)構(gòu)通常包括機翼、機身、尾翼和起落架等。單旋翼 B.多旋翼 C.固定翼現(xiàn)代旋翼無人機通常包括 。無人直升機、旋翼無人機單旋翼和多旋翼無人直升機、多軸和旋翼機為了克服“旋翼”旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的反作用 ，常見的做法是加一個小型旋翼（即尾槳）。力 B.力矩 C.扭矩 采用上下共軸反轉(zhuǎn)的兩組旋翼來平衡旋翼轉(zhuǎn)矩。共軸式直升機單旋翼帶尾槳直升機單旋翼無尾槳直升機共軸式無人直升機的主要氣動特點不包括 。具有較高的懸停效率廢阻面積小于單旋翼直升機具有較大的俯仰、橫滾控制力矩無人直升機在空中有 個自由度。A.3 B.4 C.6028無人機技術(shù)概論028無人機技術(shù)概論3章無人機的動力圖32根據(jù)無人機的用途來決定無人機的動力。3·1活塞航空發(fā)動機工作原理活塞航空發(fā)動機（31）是一種四沖程（依次為吸氣、壓縮、膨脹和排氣）由火花塞點火的發(fā)動機，其工作原理如圖32所示，其分解圖33所示。圖31四沖程活塞航空發(fā)動機圖31（圖片源自：三葉）活塞航空發(fā)動機工作原理第3章無人機的動力029圖33圖33（圖片源自：三葉）030無人機技術(shù)概論活塞航空發(fā)動機的優(yōu)點活塞航空發(fā)動機體積小、成本較低、工作可靠，它通過螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生推進力，使無人機能在空中穩(wěn)定飛行，適合于低速、低空小型無人機使用。采用活塞航空發(fā)動機的油動多旋翼無人機結(jié)構(gòu)如圖34所示。五缸星形活塞航空發(fā)動機如圖35所示。圖34圖34（圖片源自：西安天問）五缸星形活塞航空發(fā)動機圖35（圖片源自：三葉圖35活塞航空發(fā)動機的缺點對于以螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生動力的無人機，活塞航空發(fā)動機的效率在飛行速度大于700km/h后會急劇下降，其飛行速度不可能達到聲速或超過聲速。第3章無人機的動力0313·2渦輪航空發(fā)動機渦輪航空發(fā)動機根據(jù)能量輸出的不同可分為：渦輪風扇航空發(fā)動機、渦輪螺旋槳航空發(fā)動機和渦輪軸航空發(fā)動機。渦輪軸航空發(fā)動機，是一種輸出軸功率的發(fā)動。、、。，，，，、。結(jié)構(gòu)渦軸發(fā)動機機體結(jié)構(gòu)包括：進氣道、壓氣機、燃燒室、渦輪及尾噴管，36所示。渦軸發(fā)動機結(jié)構(gòu)圖36裝配渦軸發(fā)動機的無人直升機如圖37所示。圖36裝配渦軸發(fā)動機的無人直升機圖37（圖片源自：山河科技圖37032無人機技術(shù)概論渦輪風扇航空發(fā)動機一半靠噴氣一半靠渦輪帶動發(fā)動機內(nèi)部風扇葉攪動空氣的航空發(fā)動機是渦輪風扇航空發(fā)動機。對于有高空、長航時要求的大型無人機，一般使用渦輪風扇航空發(fā)動機。原理渦輪風扇航空發(fā)動機工作時，從前端吸入大量的空氣，燃燒后高速噴出，在此過程中，發(fā)動機向氣體施加力，使之向后加速，氣體也給發(fā)動機一個反作用力，推動無人機前進。結(jié)構(gòu)渦輪風扇航空發(fā)動機的主要部件包括：風扇、增壓級、高壓壓氣機、燃燒室、高壓渦輪、低壓渦輪和尾噴管（分為內(nèi)涵噴管和外涵噴管），38所示。圖38圖38裝配渦輪風扇航空發(fā)動機的美國全球鷹無人機（39）圖39圖39第3章無人機的動力033渦輪螺旋槳發(fā)動機靠渦輪帶動航空發(fā)動機外部槳葉攪動空氣的發(fā)動機是渦輪螺旋槳發(fā)動機，簡稱渦槳發(fā)動機。渦槳發(fā)動機結(jié)構(gòu)如圖310所示。TPE331渦槳發(fā)動機如圖311所示。圖310渦槳發(fā)動機結(jié)構(gòu)圖310

TPE331渦槳發(fā)動機圖311原理渦槳發(fā)動機的工作原理與活塞航空發(fā)動機基本相同都是以螺旋槳旋轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的力量來作為無人機前進的推進力，與活塞航空發(fā)動機的主要差異如下圖311驅(qū)動螺旋槳中心軸的動力不同，一個是渦輪，另一個是活塞。渦槳發(fā)動機螺旋槳速率恒定，而活塞航空發(fā)動機螺旋槳的速率則會隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化而變化。結(jié)構(gòu)渦槳發(fā)動機的結(jié)構(gòu)包括：進氣道、壓氣機、燃燒室、渦輪、尾噴管、一副螺旋槳和一套減速齒輪。優(yōu)勢渦槳發(fā)動機的優(yōu)勢有：經(jīng)濟、安全、平穩(wěn)、環(huán)保。圖312用途美國捕食者無人機裝配了渦槳發(fā)動機，312所示。圖312美國捕食者無人機034無人機技術(shù)概論3·3鋰電池電動機要求重量輕、執(zhí)行任務用時在1h范圍內(nèi)的無人機，大部分是以鋰電池電動機為動力源的無人機。鋰電池電動機結(jié)構(gòu)包括：螺旋槳、電動機、電子調(diào)速器和電池等，如圖313所示。圖313圖313（圖片源自：山河科技）螺旋槳螺旋槳在空氣中旋轉(zhuǎn)將發(fā)動機轉(zhuǎn)動的功率轉(zhuǎn)化為推進力或升力，簡稱槳葉，如圖314所示。槳葉標注參數(shù)直徑螺距。螺距是指槳葉旋轉(zhuǎn)一圈的前進距離。槳葉旋轉(zhuǎn)時，槳葉上的點離軸心的距離不同，因而前進的距離也不同。槳葉都是定螺距的，即槳葉旋轉(zhuǎn)一圈，槳葉上每一點的螺距都一樣。所以越靠近軸心，槳葉的角度就越大，而槳葉尖角部分的角度就比較小，槳葉靠軸心部分的效率很低。為此，大多數(shù)無人機都在槳葉頭部裝上機頭罩，以降低飛行中的阻力。第3章無人機的動力035槳葉螺距的選擇若需要無人機飛得慢，則應該選擇小螺距的槳葉；若需要無人機飛得快，則選擇大螺距的槳葉。槳葉方向槳葉有正槳、反槳之分。槳葉正面光滑，有螺旋槳參數(shù)值，當正面朝前時，逆時針方向旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生拉力的為正槳，正槳槳面上以字母“L”標注；順時針方向旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生拉力的為反槳，反槳槳面上以字母“R”標注，如圖315所示。正、反槳在多旋翼上是成對使用的，可使其均衡。槳葉數(shù)量槳葉包括2葉、3葉、4葉、5葉、6葉和8葉，以2葉3葉為主。槳葉的數(shù)量是根據(jù)飛行速度來選擇的：飛行速度低時，槳葉越多越好飛行速度高時，槳葉越少越好3葉5葉槳葉如圖316所示，6葉槳葉如圖317所示。3葉、5葉槳葉 6葉槳葉圖316圖圖316圖317電動機可分為有刷電動機和無刷電動機。有刷電動機轉(zhuǎn)子繞線圈轉(zhuǎn)動，外部嵌入永磁體，電動機轉(zhuǎn)動的時候通過換向器與電刷連接來切換電動機的磁場，318所示。其優(yōu)點是：直接通直流電源就可以轉(zhuǎn)動，不需要另外的電子調(diào)速器來驅(qū)動電動機，通過直流電源的電壓來調(diào)整電動機的轉(zhuǎn)速。其缺點是壽命低噪聲大換向時容易產(chǎn)生火花，不適合于對火花要求嚴格的場所（如油站、化工場所）。036無人機技術(shù)概論圖318圖318（圖片源自：藍東明）無刷電動機由定子線圈組成，轉(zhuǎn)子嵌入磁鐵，通過電子調(diào)速器控制線圈磁場的變化來驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，如圖319所示。其優(yōu)點是：壽命長、噪聲低、運行時無火花，適合各種要求高的環(huán)境。多旋翼無人機一般使用無刷電動機。其缺點是：無刷電動機成本高，需要外加控制來驅(qū)動無刷電動機的轉(zhuǎn)動。下面主要介紹無刷電動機。無刷電動機外觀及結(jié)構(gòu)圖319（圖片源自：藍東明圖319無刷電動機的分類無刷電動機可分為內(nèi)轉(zhuǎn)無刷電動機、外轉(zhuǎn)無刷電動機，320所示。第3章無人機的動力037內(nèi)轉(zhuǎn)無刷電動機的特點：轉(zhuǎn)速高、轉(zhuǎn)矩小，適用于高轉(zhuǎn)速，對轉(zhuǎn)矩要求不高的無人機。外轉(zhuǎn)無刷電動機的特點：轉(zhuǎn)速低、轉(zhuǎn)矩大、重量輕，適用于對重量與轉(zhuǎn)矩要求高的無人機。內(nèi)、外轉(zhuǎn)無刷電動機外觀圖320（圖片源自：藍東明圖320無刷電動機的命名 無刷電動機常見的命名方式有兩種：無刷電動外徑+長度、無刷電動機鐵心外徑+長度。少數(shù)是各生產(chǎn)廠家自定的型號。無刷電動機外徑長度。用游標卡尺測量無刷電動機的外徑為35m，長度為36m，則此無刷電動機的名稱為356無刷電動機，如圖321所示。測量電動機外徑和長度圖321（圖片源自：藍東明圖321無刷電動機鐵心外徑長度。用游標卡尺測量無刷電動機鐵心外徑為8m，長度為14m，則無刷電動機的名稱為2814無刷電動機，如圖038無人機技術(shù)概論322所示。無刷電動機的參數(shù)

測量電動機鐵心外徑和長度圖322（圖片源自：藍東明圖322無刷電動機的參數(shù)主要是KV值，表示無刷電動機在空載”情況下，電子調(diào)速器每提升1V輸出電壓時，電動機轉(zhuǎn)速對應的升高量。320所示，無刷電動機的KV值為400，表示在10V的條件下，其轉(zhuǎn)速為4000r/n。匹配無刷電動機與槳葉的匹配主要是指無刷電動機的功率與槳葉大小進行匹配，不同大小的槳葉在不同的轉(zhuǎn)速條件下，體現(xiàn)的功率不一樣，槳葉越大，轉(zhuǎn)速越高，功率越大。無刷電動機的功率與電動機直徑、鐵心的高度成正比。無刷電動機的直徑越大功率越大無刷電動機越長功率也越大直徑大小不同的無刷電動機如圖323所示。圖323圖323（圖片源自：藍東明）第3章無人機的動力039無刷電動機與槳葉搭配的首要條件是：槳葉與無刷電動機的結(jié)構(gòu)相匹配，通常是小無刷電動機配小槳葉，大無刷電動機配大槳葉；高KV值配小槳葉則轉(zhuǎn)速高功率大KV值配大槳葉則轉(zhuǎn)速低效率高這就是說槳葉配得過小不能發(fā)揮最大的推力猶如大馬拉小車能力過剩槳葉配得過大，無刷電動機會過熱，會使無刷電動機退磁，造成性能永久下降，也就是小馬拉大車。安裝。槳葉安裝在無刷電動機上，如圖324所示。槳葉安裝在無人機上，325所示。圖324圖324（圖片源自：藍東明）槳葉安裝在無人機上圖325（圖片源自：EE圖325040無人機技術(shù)概論電子調(diào)速器電子調(diào)速器（EncSpdCnr，ESC）是一個控制電動機轉(zhuǎn)速的控制裝置。其作用是根據(jù)飛控的控制信號，將電池的直流輸入轉(zhuǎn)變?yōu)橐欢l率的交流輸出，用于控制無刷電動機的轉(zhuǎn)速。（1）電子調(diào)速器類型車模電子調(diào)速器如圖326所示。船模電子調(diào)速器如圖327所示。航模電子調(diào)速器。（2）

車模電子調(diào)速器圖326（圖片源自：CR）圖326電子調(diào)速器參數(shù)（328）

船模電子調(diào)速器圖327（圖片源自：CR圖327圖328圖328（圖片源自：CR）第3章無人機的動力041電子調(diào)速器持續(xù)電流：80A。工作電壓范圍：5～2節(jié)鋰電池，單節(jié)鋰電池電壓為3·7V。電子調(diào)速器與無刷電動機和飛控的連接（329） 圖329電動機、電子調(diào)速器、圖329（圖片源自：CR）

動機、電子調(diào)速器、電池的安裝電子調(diào)速器的輸入線（最粗的紅線、黑線）與電池正、負極相連接。電子調(diào)速器的輸出線（有刷電動機為兩根、無刷電動機為三根）與電動機相連接。電子調(diào)速器的信號線（最細的線）與飛控連接。另外，有的電子調(diào)速器有電源輸出功能，即在信號線的正負極之間有5V左右的電壓輸出，通過信號線為接收機供電，接收機再為舵機等控制設備供電。電子調(diào)速器內(nèi)部結(jié)構(gòu)（330）電子調(diào)速器接口（331）042無人機技術(shù)概論圖330電子調(diào)速器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖330（圖片源自：CR）圖331圖331（圖片源自：CR）電池無人機及航模的電池主要分為兩類：鎳氫電池、鋰電池。鎳氫電池的工作電壓是1·2V，鋰電池的工作電壓為3·7V，在同樣體積下。鋰電池比鎳氫電池容量大，售價也比鎳氫電池高一些。在普通民用領域里，鋰電池還無法取代鎳氫電池，但在無人機及航模領域，鋰電池已經(jīng)被廣泛應用。應用最廣的是鋰聚合物電池或高分子鋰電池，簡稱鋰電池。鋰電池能量高、小型化、超薄化、輕量化，最小厚度僅有0·5m。鋰電池的四個基本參數(shù)電池容量、充電倍率、放電倍率、電池節(jié)數(shù)，332所示。第3章無人機的動力043鋰電池圖332（圖片源自：立刻飛圖332，（Ah）（1h=0h），如圖32，電池容量是h·2h）。充電倍率表示充電電流的大小，常用C來表示。充電倍率=充電電流/電池容量電池的最大充電電流=充電倍率×電池容量（11A=5C×2·2A·h）3）放電倍率表示放電電流的大小，C來表示。放電倍率=放電電流/電池容量（放電倍率=55A/2·2A·h=5C）4）。S表示一節(jié)鋰電池，3S就是三節(jié)鋰電池串聯(lián)，·1V3S，·7V，·1V。鋰電池充電注意事項鋰電池電芯電壓低于3V則屬于過度放電，鋰電池就會膨脹，內(nèi)部的化學液體會結(jié)晶，可能會刺穿鋰電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)層，造成短路，甚至會讓鋰電池的電壓變?yōu)?V。充電電流。充電電流不允許超過規(guī)定的最大充電電流，高于推薦電流充電，將可能導致鋰電池的充放電問題、機械和安全性能方面的問題，并導致發(fā)熱或泄漏。充電電壓。大多數(shù)鋰電池充電電壓能安全地到達4·25V，其最高電壓就是4·30V。充電溫度。鋰電池必須在規(guī)定的環(huán)境溫度范圍內(nèi)進行充電，否則鋰電池易受損壞。當發(fā)現(xiàn)鋰電池表面溫度異常時（指鋰電池表面溫度超過50°C），應立即停止充電。反向充電。正確連接鋰電池的正負極，嚴禁反向充電。若正負極接反，將無法對鋰電池進行充電。反向充電會使鋰電池受到破壞，甚至導致發(fā)044無人機技術(shù)概論熱、泄漏、起火。平衡充電。因為制造工藝，沒有辦法保證每個鋰電池完全一致，充電放電特性都有差異。鋰電池串聯(lián)的情況下，就容易造成某些放電過度或充電過度、充電不飽滿等，解決辦法是分別對內(nèi)部單節(jié)鋰電池進行充電。電池安裝無人機電池安裝如圖333所示。圖333圖333（圖片源自：EE）第3章無人機的動力0453·4油電混合（鋰電池）使用燃油發(fā)動機、3所示。圖334圖334（圖片源自：科衛(wèi)泰）3·5氫燃料電池動力氫燃料電池作為動力的固定翼無人機如圖335所示。 圖335圖335046無人機技術(shù)概論3·6太陽能動力，將其作為無人機動力，是無人機未來發(fā)展的方。，（24h），（超過0），“”，、經(jīng)（20kg）如圖3。圖336圖336目前主流的民用無人機所采用的動力系統(tǒng)通常為：活塞航空發(fā)動機和 兩種。渦噴發(fā)動機 B.渦扇發(fā)動機 C.電動機電動動力系統(tǒng)主要由電動機、 、動力電源組成。電池 B.調(diào)速系統(tǒng) C.無刷電動機從應用上說，渦槳發(fā)動機適用于 。中低空、低速短距/垂直起降無人機高空長航時無人機/無人戰(zhàn)斗機中高空長航時無人機活塞航空發(fā)動機過熱易出現(xiàn)在 過程中。長時間爬升 B.巡航 C.下降第3章無人機的動力047活塞航空發(fā)動機在慢速狀態(tài)下，工作時間過長，易帶來的主要危害是 ?；鸹ㄈ麙煊头e炭 B.潤滑油消耗量過大 C.氣缸頭溫度過高 電池電動機是由 、電動機、 、電池組成。鎳氫 B.螺旋槳C.電子調(diào)速器 D.鋰電池電動機分為兩類： 電動機、 電動機。有磁 B.無磁C.有刷 D.無刷鋰電池有四個基本參數(shù)： 容量、 倍率、 倍率、電池 。電池 B.容電 C.充電D.放電 E.節(jié)數(shù)鋰電池電芯電壓 3V則屬于 ，鋰電池就會膨脹，內(nèi)部的化學液體會結(jié)晶，可能會刺穿鋰電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)層，造成短路，甚至會讓鋰電池的電壓變?yōu)? V。低于 B.高于 C.過度放電D.過度充電 E.0 F.1油電混合是指 和 組成動力系統(tǒng)。燃油發(fā)動機 B.重油發(fā)動機 C.鋰電池無人機飛控操作系統(tǒng)飛控操作系統(tǒng)（簡稱飛控系統(tǒng)）是無人機的領航員，相當于人的眼睛和大腦，它控制著無人機的飛行姿態(tài)與航向。飛控系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。硬件飛控系統(tǒng)的硬件主要由中央處理器、姿態(tài)傳感器、高度傳感器、避障系統(tǒng)、定位導航系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和電路組成，41、42所示。飛控硬件結(jié)構(gòu)圖41（圖片源自華業(yè)航空）圖41圖42飛控硬件框架圖42（圖片源自華業(yè)航空）中央處理器作用中央處理器是無人機的大腦，是飛控系統(tǒng)的主控處理器，其型號、參數(shù)見表41。它通過運算控制代碼和讀取傳感器的數(shù)據(jù)來完成無人機的姿態(tài)控制及其他任務。常用中央處理器如圖43所示。圖43表41常用中央處理器的型號、參數(shù)圖43名稱C51C8051ATmega2560STM32ARMCortex32Qualcomm?SnapdragonTM801IntelAtomx7-Z8750類型MCUMCUMCUARMX86位數(shù)88323264運行頻率/MHz201616825002560核心數(shù)11144GPU無無無Qualcomm?AdrenoTM330GPUDrahicsM/B0·5～2·258192無無FLASH/KB32256512～1024無無制程———28nm14nm系統(tǒng)——RTOSLinuxLinux其他———支持LP-DDR3內(nèi)存、4K視頻錄制等支持LP-DDR316008G代表平臺—MWC、APM主流無人機平臺SnapdragonFlightItel?eroCoute常用中央處理器一架無人機上通常有5個以上處理器，除了主控處理器外，還有無刷電動機控制處理器、圖像算法處理器、云臺控制處理器、避障解算處理器等。無人機的飛行不需要強大的CPU支持，其飛行穩(wěn)定算法也不需要強大的處理器，用20世紀80年代初的8位單片機就夠用，較高級的Arduino2560上使用的ATmega2560，其運行頻率才16Hz，與現(xiàn)在手機或計算機上的2～3GHz相比相差甚遠，目前最新的STM32系列頻率也只有168MHz。特點①運行內(nèi)存小其內(nèi)存還沒有智能手機的內(nèi)存大。②穩(wěn)定性、實時性要求高。對操作系統(tǒng)要求非常高；對中央處理器的穩(wěn)定性要求非?？量?，任何一點小故障都可能會使無人機墜機，如圖44所示。 多旋翼無人機墜機圖44（圖片源自：華業(yè)航空圖44姿態(tài)傳感器姿態(tài)傳感器是由陀螺儀、加速度計、磁力計組成的，如圖45所示。小型無人機由于可載重量小，所以使用的傳感器要求非常輕。陀螺儀和加速度計分別用于測量無人機傾斜角度和無人機加速度。典型的姿態(tài)傳感器有MPU6000、MPU6050、MPU9250等，46所示。典型的姿態(tài)傳感器圖46（600、050、20圖46 通過陀螺儀和加速度計， 無人機在空中平穩(wěn)飛行，傳感器、速度采集模塊的安裝位置如圖47所示。陀螺儀如圖48所示，陀螺儀可以這樣理解：把一個高速旋轉(zhuǎn)的陀螺放到萬向坐標系里，陀螺怎么轉(zhuǎn)都不會倒，這樣陀螺在高速旋轉(zhuǎn)時就能保持穩(wěn)定，從而可用來辨認方向、確定姿態(tài)、計算角速度。陀螺儀傳感器如圖49所示。圖48圖49陀螺儀 圖48圖49加速度計 加速度計作為無人機慣性導航系統(tǒng)的基本組成元件，是測量無人機三維加速度的傳感器，其工作原理如圖410所示。052無人機技術(shù)概論圖410加速度計的工作原理圖410磁力計 磁力計又稱電子羅盤或電子指南針，是非常重要的導航工具，能實時為無人機提供航向和姿態(tài)，即為無人機準確提供方向、角度信息。常見的磁力計有S33D、883l、583l，如圖411所示。圖411圖411

磁力計高度傳感器為飛控系統(tǒng)反饋無人機實時高度信息。常見的高度傳感器有氣壓計、測距傳感器兩大類。氣壓計氣壓計通過實時氣壓的高低來判斷無人機的實際高度再GPS所取得的經(jīng)度和緯度來快速地計算出無人機所在的位置從理論上來說GPS是一個四維空間它可以獲取到一個三維空間坐標和一個時間坐標實際上大多數(shù)無線通信基站都需要經(jīng)過幾分鐘的時間GPS精確定位無人機的地理坐標，難以實現(xiàn)無人機同步通信。此時就需要通過氣壓計來進行輔助GPS判斷出無人機所在的平面（XY坐標）位置氣壓計判斷出無人機的垂直高度（Z坐標）并能直接定位最常見的氣壓計有MS5611BMP085BMP180等412所示。

第4章無人機飛控操作系統(tǒng)053圖412圖412測距傳感器 通過超聲波、激光、激光雷達、紅外線等多種手段，可以實時測量無人機與地面之間的距離，來得到高度信息。①通過超聲波。超聲波測距傳感器如圖413所示。通過激光414所示其中激光測距傳感器測量范圍通常在30m以內(nèi)，加上反射板可以測量到300m，其測量精度能達到20m，但成本較高。圖413圖414超聲波測距傳感器 圖413圖414③通過激光雷達。多旋翼無人機搭載的激光雷達如圖415所示。多旋翼無人機搭載的激光雷達圖415（圖片源自：山河科技圖415054無人機技術(shù)概論④通過紅外線。紅外線測距傳感器如圖416所示。圖圖416避障系統(tǒng)無人機可通過安裝視覺、紅外線、過預設程序做懸停、自動繞行等方式，

紅外線測距傳感器微波、激光、雷達等避障模塊，或通使其在自動飛行中有效躲避各種來自地面及周邊物體的障礙，以獲取更直接、更安全的飛行路線。隨著無人機飛行高度的增加，所遇到的障礙物就會隨之減少，對避障的需求也會降低。定位導航系統(tǒng)室外定位導航系統(tǒng)使用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)如美國的GPS俄羅斯的格洛納斯、中國的北斗、歐洲的伽利略，采用衛(wèi)星通信方式，通過定位衛(wèi)星（圖417）來進行測時、測距；定位衛(wèi)星所處的運動軌道形成一個網(wǎng)狀面，按照三點定位，在地球表面的任意一點都可以同時接到3顆以上衛(wèi)星的信號，如 圖418所示。衛(wèi)星在運動過程中，會一直不斷地發(fā)出電波信號，信號中包含著數(shù)據(jù)包和時間信號，接收機通過接收多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)包、時間信號，用三角向量關(guān)系可計算出無人機所在的位置。普通衛(wèi)星導航的誤差在3m以內(nèi)。為確保高精度的導航，就需要使用實時動態(tài)（K）技術(shù)（圖419）、載波相位差分技術(shù)，即通過實時處理兩個測量站載波相位觀測量的差分方法將基準站采集的載波相位發(fā)給用戶接收機，通過求差解算出坐標，其最高定位精度可以達到厘米級。圖418圖418

第4章無人機飛控操作系統(tǒng)055圖419實時動態(tài)（K）技術(shù)圖419（圖片源自：華業(yè)航空）室內(nèi)定位導航系統(tǒng)進入室內(nèi)后GPS信號就會被建筑物遮擋導致無人機無法使用衛(wèi)星定位，此時需要使用光流傳感器進行位置輔助定位，420所示；室內(nèi)定位無人機如圖421所示。圖420圖420（圖片源自：華業(yè)航空）

室內(nèi)定位無人機圖421（圖片源自：EE圖4214·2軟件軟件由控制代碼和操作系統(tǒng)兩部分組成。簡單姿態(tài)飛行的控制簡單姿態(tài)飛行，不需要通過操作系統(tǒng)就能實現(xiàn)。056無人機技術(shù)概論復雜姿態(tài)飛行的控制復雜姿態(tài)飛行和操作任務需要配合飛控操作系統(tǒng)才能實現(xiàn)。操作系統(tǒng)無人機飛控上的操作系統(tǒng)采用實時操作系統(tǒng)（S），此系統(tǒng)能夠快速處理響應控制協(xié)調(diào)所有的實時運行及任務的操作常用的S有ux、S、CS、ChbS、T-hd、S等。其軟件編程如圖422所示。圖422圖422（圖片源自：華業(yè)航空）軟件常用算法控制算法為了讓無人機能穩(wěn)定飛行除了必要的代碼系統(tǒng)外，需要使用對應的控制算法，最常用的是D控制算法。此種算法直接控制無人機的動力系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)控制以免無人機響應速度過快或者過慢；在無人機姿態(tài)信息和動力之間建立比例、積分和微分關(guān)系，通過調(diào)整各個環(huán)節(jié)的第4章無人機飛控操作系統(tǒng)057值，使其動態(tài)響應迅速既不過快也不過慢，從而讓無人機達到非常平穩(wěn)的飛行姿態(tài)。PID控制算法圖解如圖423所示。PID控制算法圖解圖423（圖片源自：華業(yè)航空圖423濾波算法。信號在傳輸與檢測過程中，很難避免外界的干擾與設備內(nèi)部噪聲的影響，為獲得準確的信號，需要對信號進行濾波，即從混合在一起的諸多信號中提取出有用信號。無人機軟件上常用的是Kalman濾波算法，如圖424所示。圖424Kalman圖424（圖片源自：華業(yè)航空）飛控是無人機的 ，相當于人的 和 。領航員 B.眼睛 C.雙手 D.大腦058無人機技術(shù)概論飛控系統(tǒng)控制著無人機的飛行 與 。航線 B.姿態(tài) C.航向飛控系統(tǒng)是由 和 組成的。CU B.軟件 C.芯片 D.硬件無人機的硬件由 、 傳感器、 傳感器、 傳感器、 系統(tǒng)、 系統(tǒng)、 系統(tǒng)和電路組成。中央處理器 B.姿態(tài) C.高度 D.測距E.避障 F.定位導航 G.通信無人機的飛行 強大的CPU支持。需要 B.不需要一架無人機上通常有 個以上處理器，除了主控處理器外，還有 處理器、 處理器、 處理器、 處器等。4 B.5 C.無刷電動機控制D.圖像算法 E.云臺控制 F.電動機控制 G.避障解算無人機飛行穩(wěn)定算法 強大的處理器。需要 B.不需要無人機使用 就夠用。8位單片機 B.16位單片機 C.32位單片機D.4位單片機 E.128位單片機無人機微處理器的運行頻率有 Hz就能保證使用。A.8 B.16 C.64 D.128E.256 F.1G G.3G無人機的中央處理器的 就要求非常 。平穩(wěn)性 B.穩(wěn)定性 C.苛刻 D.高姿態(tài)傳感器由 、 、 組成。陀螺儀 B.加速度計 C.高度計 D.磁力計無人機的高度傳感器分為 和 兩大類。氣壓計 B.光流傳感器 C.測距傳感器第4章無人機飛控操作系統(tǒng)059無人機的避障系統(tǒng)可以安裝 、 、 、 、 等避障模塊。視覺 B.紅外 C.微波D.激光 E.雷達無人機定位導航系統(tǒng)分為 和 兩類。室內(nèi) B.廣場 C.山地 D.室外無人機使用的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)有美國的 、俄羅斯的 中國的 、歐洲的 。S B.格洛納斯 C.北斗 D.伽利略無人機需要高精度導航時，就使用 技術(shù)和 技術(shù)。動態(tài) B.實時動態(tài)（K）C.載波相位 D.載波相位差分無人機軟件由 和 兩部分組成。代碼 B.控制代碼 C.系統(tǒng) D.系統(tǒng)操作無人機軟件上常用的兩種算法是 和 。飛控算法 B.控制算法 C.濾波算法無人機為了避免外界的 與設備 的影響，獲得準確的號，需要對信號進行 。干擾 B.內(nèi)部噪聲 C.過濾 D.濾波060無人機技術(shù)概論060無人機技術(shù)概論5章無人機通信無人機通信系統(tǒng)相當于人的耳朵、嘴巴。無人機是通過通信用的無線信號來進行控制、指揮的。5·1無線信號無人機的無線信號包括遙控器信號、數(shù)據(jù)信號和圖像傳輸信號。5·2遙控器遙控器也稱為發(fā)射機，是控制固定翼無人機、無人直升機與多旋翼無人機飛行的重要工具。不同類型的無人機，其結(jié)構(gòu)不同，相對應的遙控器功能菜單也有所不同，但都大同小異。初期的遙控器需要架設天線，通過無線電控制系統(tǒng)對無人機進行簡單的控制，現(xiàn)在可通過數(shù)字比例無線電控制系統(tǒng)進行控制。類型遙控器分為板型控制器（簡稱板控，見圖51）和槍型控制器（簡稱槍控，52）兩類，二者在外觀和功能上均有不同。圖51圖51（圖片源自富斯科技）第5章無人機通信061槍型控制器及面板結(jié)構(gòu)圖52（圖片源自：富斯科技圖52外觀①板控：側(cè)重雙手操控，主要由總成座、開關(guān)、按鍵或旋鈕組成。②槍控：主要由手輪、扳機、開關(guān)、按鍵或旋鈕組成。功能①板控：控制無人機。②槍控：控制車輛模型、潛艇、船等模型。界面在此以板型控制器為例介紹遙控器界面。正面 遙控器正面各手柄、開關(guān)明細如圖53所示。 遙控器正面各手柄、開關(guān)明細 （圖片源自：富斯科技）

模型選擇062無人機技術(shù)概論通道遙控器的通道負責實現(xiàn)遙控器與接收機的信號交流，共有四個通道分別是副翼、升降、油門和方向。每個通道既可以執(zhí)行單獨功能，也可以執(zhí)行多個功能，還可以通過混控，實現(xiàn)更加復雜的功能。四個通道對應無人機的不同結(jié)構(gòu)，不同類型的無人機能夠執(zhí)行不同的動作。搖桿搖桿有左、右兩個搖桿，右邊搖桿如圖54所示。1）功能。操縱搖桿時，無人機的實際移動狀態(tài)為：副翼（側(cè)飛）：控制無人機上下翻轉(zhuǎn)/傾斜，控制無人機側(cè)飛。升降（俯仰）：控制無人機前飛或后飛。

顯示舵機右邊搖桿（圖片源自：富斯科技）油門（升降）控制無人機上升和下降控制飛行高度。方向（偏航）控制無人機以自身為中心左右水平旋轉(zhuǎn)。搖桿分為可回中搖桿和不可回中搖桿，不可回中搖桿一般用于油門通道。2）模式。搖桿有兩種常用模式，分別為“美國手”和“日本手”：美國手”是左手油門方向右手升降副翼55所示。日本手”是左手升降方向右手油門副翼56所示。圖55“美國手圖55（圖片源自：富斯科技）

“日本手”圖56（圖片源自：富斯科技圖56微調(diào)桿遙控器上的微調(diào)桿通常為四個，是微調(diào)功能的快捷鍵，其分別對應升降通道、副翼通道、方向通道和油門通道，具體對應關(guān)系由搖桿模第5章無人機通信063式確定。背面 如圖57所示。圖57圖57（圖片源自富斯科技）1）教練接口。教練接口用于連接教練機和學員機，專為教練模式設置，其專用數(shù)據(jù)線能把教練機和學員機相互連接，方便教學。通過教練接口進行數(shù)據(jù)的輸入和輸出，在學員操作學員機時，教練能夠通過教練機控制學員機的信號輸出，從而更加安全地教學。①遙控器作為教練機，接收來自學員機輸出的信號。②遙控器作為學員機向教練機發(fā)送信號。2）USB接口。①為遙控器充電。②連接計算機，使用遙控器在計算機上模擬操作無人機，幫助初學者熟悉、訓練操縱遙控器的各個開關(guān)、按鍵及各項功能。3）SD卡。SD卡槽便于插入內(nèi)存卡，用于無人機數(shù)據(jù)的存儲和讀取。遙控器與無人機的鏈接遙控器是通過無人機上的接收機來控制無人機的，遙控器與接收機之間進行信號傳遞，并通過通信使其建立穩(wěn)定的鏈接。無人機槳葉轉(zhuǎn)速測量將光傳感器、速度采集模塊安裝在固定翼無人機上，把反射貼紙固定在需要測試的軸向轉(zhuǎn)動位置，保持貼紙平整，并與傳感器垂直，傳感器與貼紙064無人機技術(shù)概論之間的距離要適中，傳感器會通過光照次數(shù)，計算出無人機的轉(zhuǎn)速，如圖8所示。傳感器、速度采集模塊裝在固定翼無人機上圖58（圖片源自：富斯科技圖585·3數(shù)據(jù)、圖像傳輸數(shù)據(jù)、圖像傳輸是通過通信系統(tǒng)來實現(xiàn)的。無人機數(shù)據(jù)、圖像傳輸需要控制器與無人機之間有數(shù)據(jù)鏈路，其數(shù)據(jù)鏈路分為兩條，一條發(fā)射出去，一條接受進來，即常說的上行、下行兩部分，59所示。圖圖59上行（從控制器到無人機

數(shù)據(jù)鏈路無人機無線數(shù)據(jù)、視頻通信傳輸系統(tǒng)，其通信系統(tǒng)必須具備“非視距”“繞射”的傳輸特點和良好的穿透能力，才能夠滿足無人機無線通信的需要。發(fā)射機 把得到的指令和看到的東西發(fā)射出去。1）發(fā)射機如圖510～圖513所示。

第5章無人機通信065圖510圖510（圖片源自：EE）

F50無人飛行器系統(tǒng)安裝圖511圖511（圖片源自：EE）圖512圖512（圖片源自科衛(wèi)泰）

微型發(fā)射機圖513（圖片源自科衛(wèi)泰圖513066無人機技術(shù)概論便攜式地面站如圖514所示。圖514圖514（圖片源自：EE）通信器材結(jié)構(gòu)。遙控器及地面站的主要結(jié)構(gòu)如圖515所示。遙控器及地面站的主要結(jié)構(gòu)圖515（圖片源自：EE圖515便攜式指揮通信柜內(nèi)置車載發(fā)射機、雙向語音接收機、AV矩陣、DVR3G視頻傳輸系統(tǒng)，具有整套移動視頻傳輸系統(tǒng)所需的全部功能，如516所示。便攜式指揮通信柜圖516（圖片源自：科衛(wèi)泰圖516移動地面站通信指揮車如圖517所示。

第5章無人機通信067圖517圖517（圖片源自：EE）機載接收機 用于接收發(fā)射機傳來的無線電信號，如圖5所示。天線天線利用無線電波來傳遞信息。自動跟蹤天線如圖519所示。

機載接收機圖518（圖片源自：EE圖518（從無人機到控制器）

自動跟蹤天線圖519（圖片源自：EE圖519發(fā)射機 機載發(fā)射機如圖520所示。手持式及手提箱式接收機 可將信號解碼還原成圖像，如068無人機技術(shù)概論圖521所示。圖520圖520（圖片源自科衛(wèi)泰）通信聯(lián)系

手持式及手提箱式接收機圖521（圖片源自：科衛(wèi)泰圖521地面移動網(wǎng)絡之間的通信聯(lián)系 如圖522所示。圖522圖522（圖片源自：科衛(wèi)泰）低空、地面之間的通信聯(lián)系點對點的通信聯(lián)系如圖523所示。兩點之間的通信聯(lián)系如圖524所示。

第5章無人機通信069 圖523圖圖523圖524（圖片源自：EE）多點之間的通信聯(lián)系如圖525所示。

兩點之間的通信聯(lián)系（圖片源自：EE）圖525圖525（圖片源自：EE）070無人機技術(shù)概論網(wǎng)絡遠程傳輸通信聯(lián)系如圖526所示。圖526圖526（圖片源自：EE）空間、地面之間的通信聯(lián)系空間、地面一體，衛(wèi)星中繼，單點通信聯(lián)系如圖527所示。圖圖527空間地面一體

空間、地面一體，衛(wèi)星中繼，單點通信聯(lián)系（圖片源自：EE）衛(wèi)星中繼，多點通信聯(lián)系如圖528所示。圖528空間、地面一體，衛(wèi)星中繼，圖528（圖片源自：科衛(wèi)泰）第5章無人機通信071無人機通信系統(tǒng)相當于人的 、 。手 B.眼睛 C.耳朵 D.嘴巴無人機是通過通信的 來進行 、 無人機。有線信號 B.無線信號C.指揮 D.控制 E.交流無人機通常使用的無線信號有 、 、 。遙控器信號 B.數(shù)據(jù)信號C.微波信號 D.圖像傳輸信號遙控器也稱為 ，是控制 、 與 飛行的要工具。控制機 B.發(fā)射機 C.固定翼無人機D.無人直升機 E.多旋翼無人機遙控器分為 類。一 B.二 C.三遙控器常用的操作模式有 、 ?！爸袊帧?B.“美國手” C.“日本手”無人機的 、 傳輸系統(tǒng)，必須具備“ ”“ ”傳輸特點和良好穿透能力，才能夠滿足無人機無線通信的需要。有線數(shù)據(jù) B.無線數(shù)據(jù) C.視頻通信D.非視距 E.視距 F.繞射天線是利用 來傳遞信息的。光波 B.微波 C.電磁波無人機低空、地面之間的通信聯(lián)系方式有： 、 、 、 。點對點 B.兩點之間 C.多點之間 D.網(wǎng)絡遠程無人機空間、地面之間的通信聯(lián)系方式有： 、 。點對點 B.兩點之間 C.多點之間072無人機技術(shù)概論072無人機技術(shù)概論6章無人機材料無人機在天空中飛行，其重量越輕越好，重量越輕，無人機消耗的動力就越少，能承擔的任務就越多；而無人機本身的重量很大程度上取決于制造無人機所用的材料，通常主要制造無人機的材料有木材、金屬和非金屬3種。6·1木材巴沙木巴沙木是生長在美洲熱帶森林里的輕木，其密度為0·1g/m3，容易加工車銑油漆以及膠黏性能好適宜制作航模無人機的機翼面板，61、62所示。圖61圖62巴沙木木方 圖61圖62松木松木是一種針葉植物需經(jīng)人工處理（烘干脫脂去除有機化合物），使之不易變形，木質(zhì)緊密強韌，紋理清晰美觀，實用性強，經(jīng)久耐用，如圖3所示。第6章無人機材料073桐木桐木是我國最輕的木材之一，氣干密度為0·23～0·40g/m3，材質(zhì)輕而韌，不曲、不翹、不變形，紋理美觀，色澤鮮艷，64所示。圖63圖64松木 圖63圖64櫸木櫸木紋理清晰，木材質(zhì)地均勻，色調(diào)柔和、流暢，硬度比一般的木材要高，木質(zhì)相對較沉，具有承重性能好、抗壓性強等優(yōu)點，常用來制作無人機的螺旋槳，如圖65所示。6·2金屬普通鋼普通鋼具有經(jīng)濟、強度高、剛度好的特點，在工業(yè)生產(chǎn)中使用最為廣泛，但密度大，在無人機材料中用得較少，無刷電動機軸就是鋼制件，如圖6所示。 圖65圖65

無刷電動機軸圖66（圖片源自：藍東明圖66074無人機技術(shù)概論鋁合金鋁合金密度低，僅為鋼的1/3但強度比較高，接近或超過優(yōu)質(zhì)鋼，塑性好。無人機發(fā)動機的機體、機架、起落架常使用航空鋁合金制造，如67、68所示。銅

發(fā)動機、變速箱外殼圖67（圖片源自庫卡科技圖67

起落架圖68（圖片源自：山河科技圖68使用銅線做導線，其導電性優(yōu)于其他金屬。多旋翼無人機上常用的無刷電動機，其繞組就是使用的銅線，如圖69所示。不銹鋼不銹鋼指耐空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質(zhì)和酸、堿、鹽等化學侵蝕性介質(zhì)腐蝕的鋼。無人機的螺釘、螺母、起落架等部件經(jīng)常采用不銹鋼，如圖610所示。圖69圖圖69圖610

不銹鋼螺栓、螺釘、螺母第6章無人機材料0756·3非金屬碳纖維碳纖維是一種含碳量在95以上的高強度高模量纖維的新型纖維材料密度比鋁的小但強度卻高于鋼鐵并且具有耐腐蝕高模量的特性。其軸向強度和模量高密度低無蠕變非氧化環(huán)境下耐超高溫耐疲勞性好是無人機上常用的材料之一611612所示。碳纖維板、管及碳纖維片的起落架圖611（圖片源自：山河科技圖611圖612圖612（圖片源自：EE）玻璃鋼復合材料玻璃鋼復合材料是指玻璃纖維做增強材料、合成樹脂做黏結(jié)劑的增強塑料，被稱為玻璃纖維增強塑料。其相對密度在1·5～2·0之間，只有碳素鋼1/5～1/4但拉伸強度卻接近，甚至超過碳素鋼，比強度與高級合金鋼的相當，613所示。076無人機技術(shù)概論圖613圖613（圖片源自：山河科技）塑料塑料質(zhì)輕，化學性質(zhì)穩(wěn)定，不會銹蝕，耐沖擊性好，具有較好的透明性和耐磨性，在消費型無人機上用得較多，如圖614所示。圖614圖614制作航模、無人機的木材中密度最小的材料是 。櫸木 B.桐木 C.巴沙木 D.松木櫸木適合制作航?；驘o人機中的 。機身 B.螺旋槳 C.蒙板金屬材料中的 在工業(yè)中使用最為廣泛，但在無人機制造材料中卻使用很少。第6章無人機材料077鋁合金 B.鋁 C.鋼 D.不銹鋼無人機中常用的非金屬材料有： 、 、 、 。橡膠板 B.塑料 C.碳纖維D.玻璃鋼復合材料 E.石墨 F.陶瓷碳纖維是一種含碳量在 以上的高強度、高模量纖維的新型纖維。A.5% B.90% C.95% D.99%玻璃鋼復合材料是指玻璃纖維做 材料、合成樹脂做黏結(jié)劑的增強塑料。增加 B.增強 C.主要 D.輔助塑料 ，化學性質(zhì)穩(wěn)定，不會銹蝕， 性好，具有較好的透明性和耐磨性，在 型無人機中使用較多。輕 B.質(zhì)輕 C.耐沖擊D.沖擊 E.消費 F.應用不銹鋼指耐 、 、水等弱腐蝕介質(zhì)和 、 、 等化學侵蝕性介質(zhì)腐蝕的鋼。空氣 B.熱氣 C.蒸汽D.酸、堿 E.酸 F.鹽078無人機技術(shù)概論078無人機技術(shù)概論7章任務載荷及應用場景7·1任務載荷簡介單一的無人機升空是無法執(zhí)行任務的。無人機要升空執(zhí)行任務，就需要搭載任務載荷。無人機通過搭載任務載荷，可以實施各種應用。因此，無人機的任務載荷是無人機行業(yè)應用的重點，無人機任務載荷的開發(fā)也引導著無人機行業(yè)的發(fā)展。基本任務載荷任務載荷中最基本的是相機（圖像設備）攝像機（視頻設備）紅外熱成像（紅外探測）喊話器探照燈等而云臺吊艙則是無人機搭載任務載荷必不可少的輔助平臺。相機無人機上使用的相機不是日常使用的普通相機，而是運動相機對運動相機的要求是要輕能三防（防水防塵防撞），拍攝效果清晰，國產(chǎn)極影牌運動相機如圖71所示。極影牌運動相機（圖片源自：EE）第7章任務載荷及應用場景079攝像機 無人機中一臺遙控器可以控制多臺攝像機，其拍攝效果可及時分享，如圖72、圖73所示。潛水運動攝像機 圖72圖72（圖片源自：EE）云臺云臺是在多旋翼無人機主體上安裝、固定運動相機、攝像機的支撐、控制設備。多旋翼無人機常常需要攜帶相機、攝像機進行飛行，遇到風時，多旋翼無人機很容易受到風的干擾，會晃動，而云臺則在此時幫助相機、攝像機等保持平穩(wěn)，如圖74所示。無人機上普遍使用無刷電動機云臺（每個轉(zhuǎn)軸上加裝一個專用無刷電動機），通過無刷電動機的伺服來調(diào)節(jié)相機、攝像機等的穩(wěn)定，如圖75～77所示。

拍攝效果可及時分享（圖片源自：EE）圖74圖74（圖片源自：EE）080無人機技術(shù)概論三軸云臺三軸云臺云臺安裝運動相機的三個方向三軸云臺安裝運動相機圖76（圖片源自：T圖76使用遙控器調(diào)節(jié)相機云臺的不同角度圖77（圖片源自：T圖77吊艙吊艙使用的范圍較廣，能安裝在固定翼無人機、無人直升機和多旋翼無人機的機身、機腹和機翼懸掛式的短艙體上，不僅能安裝拍攝視頻時圖75用于穩(wěn)定的設備，而且能安裝光電、激光、合成孔徑雷達及火控武器等設備。常用的吊艙有二框架和四框架兩種模式，如圖78所示。圖75

二框架吊艙和四框架吊艙（圖片源自：科衛(wèi)泰）第7章任務載荷及應用場景081云臺搭載任務載荷搭載4K高清相機及30倍變焦相機 如圖79所示。圖79搭載高清相機及變焦相機圖79（圖片源自：T）搭載紅外熱成像儀紅外熱成像儀在軍用、民用中都有應用，開始起源于軍用逐漸轉(zhuǎn)為民用通常被簡稱為熱成像儀可用于防火夜視以及安防中，710～712所示。紅外熱成像圖710云臺夾持紅外熱成像儀及傾斜測繪儀圖710（圖片源自：T）圖711紅外熱成像儀拍攝（1圖711（圖片源自：科衛(wèi)泰）082無人機技術(shù)概論圖712紅外線成像儀拍攝（2圖712（圖片源自：T）搭載傾斜測繪儀傾斜測繪儀集成了一個垂直相機和四個傾斜相機（710），可執(zhí)行小范圍、高分辨率的傾斜航空攝影任務，可用于測繪、勘探、農(nóng)業(yè)、國土等行業(yè)。其采集的影像通過建模軟件，可自動生成高分辨率、高精度的真三維模型，713所示。云臺夾持傾斜測繪儀圖713（圖片源自：T圖713搭載攝像機、喊話器 如圖714、圖715所示。多旋翼無人機攜帶攝像機、喊話器圖714（圖片源自：山河科技圖714第7章任務載荷及應用場景083多旋翼無人機攜帶攝像機、喊話器升空圖715（圖片源自：山河科技圖715搭載4K高清相機、喊話器及探照燈 如圖716、圖717所示。圖716云臺夾持4K高清相機、喊話器及探照燈圖716（圖片源自：T）圖717圖717（圖片源自：T）搭載4K高清相機、投彈筒 可投擲煙幕彈、催淚彈，實時監(jiān)控現(xiàn)場，精準投擲設備到指定地點，適用于救援、反恐、軍事等領域，如圖718所示。搭載可見光電視攝像機、紅外攝像機集獲取圖像、視頻采集、視頻壓縮、遠程傳輸、視頻播放與檢索和報警等功能于一體，利用可見光和紅外線兩種技術(shù)，可實現(xiàn)全天候監(jiān)控，并通過網(wǎng)絡、無線傳輸?shù)榷喾N傳輸方式，實現(xiàn)監(jiān)視、傳輸，實時實地掌控現(xiàn)場，719所示。084無人機技術(shù)概論圖718圖7194K高清相機圖718圖719（圖片源自：T）搭載急救包喊話器、探照燈、高清相機所示。

云臺夾持可見光電視攝像機、紅外攝像機（圖片源自：T）如圖720、圖721

搭載急救包、喊話器、探照燈、4K高清相機圖720（圖片源自：T圖720搭載毒氣檢測儀4K高清相

搭載急救包、4K高清相機實施空中救援圖721（圖片源自：山河科技圖721機實時檢測石油、天然氣、化工、制藥等領域相關(guān)氣體的濃度，確保安全，如圖722所示。7·2應用場景用于投送、搬運貨物

搭載毒氣檢測儀、4K高清相機（圖片源自：T）無人機能按照規(guī)劃的線路，自動飛行，并躲開飛行線路上的障礙，實現(xiàn)貨物準確投送、搬運，723～725所示。第7章任務載荷及應用場景085圖723多旋翼無人機送禮物過程圖723（圖片源自：科衛(wèi)泰）送貨圖724無人機送花過程圖724（圖片源自：EE）送花086無人機技術(shù)概論圖725圖725

兩架多旋翼無人機共同搬運貨物用于社會治安無人機監(jiān)控具有實時效應，在大型活動現(xiàn)場或緊急處置維護社會治安方面猶如天眼時時監(jiān)視一旦發(fā)現(xiàn)情況便于及時處理，726、727所示。圖726圖726（圖片源自：EE）圖727無人機在監(jiān)控、圖727（圖片源自：T）用于交通管理 車輛通行流量的大小和車輛事故是直接影響城市道路暢通的關(guān)鍵所在，使用無人機跟蹤、監(jiān)控關(guān)鍵道路和路口，可及時反饋道路