無人機仿真技術張琪課后參考答案

第一章一、填空題垂直尾翼包括固定的垂直安定面和可動的_______。水平尾翼由固定的水平安定面和可動的_______組成低速飛機上的阻力按其產生的原因不同可分為_____阻力、_____阻力、_____阻力和_____阻力。直升機的布局形式按旋翼數(shù)量和布局方式的不同可分為________直升機、_____________直升機、____________直升機和______________直升機等幾種類型。二、簡述題請簡單介紹無人機與航模的區(qū)別直升機三大鉸鏈是航拍多旋翼應該選擇什么樣的螺旋槳合適？無人機低速飛行時，摩擦阻力是廢阻力，那么減小摩擦阻力的措施有哪些？將飛行器上的碳槳更換為尼龍槳或木漿可以嗎？為什么？答案一、填空題1、方向舵2、升降舵3、摩擦、壓差、誘導、干擾4.單旋翼帶尾槳、共軸式雙旋翼、縱列式雙旋翼、橫列式雙旋翼二、簡述題1（1）關于它們的相同點，主要有兩點。首先，兩者均“機上無人”，但需人的掌控，不管是預設的或實時的，也不管是視距內或是視距外。航空模型由操縱者機外操作，而無人機定義為“不需要駕駛員登機駕駛的各式自控或遙控飛行器”。其次，作為科學驗證用的航空模型和無人機是相通的。（2）不同點控制方式不同。民用無人機是由控制站管理（包括遠程操控或自主飛行）的航空器，無人機強調的是使用自動駕駛儀、控制數(shù)據(jù)鏈路或自主飛行設備；而航空模型是由人通過無線電遙控操作的一種飛行器，兩者的控制方式不同。重量不同。民用無人機重量跨度很大，從幾千克至上萬千克都有，而航空模型一般重量較小，一般為幾千克至十幾千克，幾乎沒有重量一噸以上的航空模型。飛行范圍不同。民用無人機可在視距內和視距外飛行；而航空模型幾乎都在視距內飛行。操控人員及資質不同。無人機的操控人員包括無人機系統(tǒng)駕駛員、機長和觀測員，部分類型無人機駕駛員或機長是需要通過行業(yè)協(xié)會組織的考試或者取得民用航空器駕駛員執(zhí)照；航空模型操控人員一般僅為一人，無機長和觀測員，操控人員資質尚無法律要求，僅有中國航空運動協(xié)會制定的一個試行技術等級標準，這個試行技術等級標準無法律強制力。用途不同。民用無人機的用途很廣泛，民用無人機用途可以是家用、商用和官方作為行政執(zhí)法使用，例如快遞公司使用無人機快遞包裹；航空模型用途較為單一，僅僅是娛樂或體育運動。適用法律和管理機關不同。民用無人機適用的法律是航空法，民用無人機的管理機關是民航局和行業(yè)協(xié)會。航空模型適用的法律是體育法，具體是由國家體育總局管理。需要注意的是航空模型使用自動駕駛儀、指令與控制數(shù)據(jù)鏈路或自主飛行設備時，這種條件下的航空模型被視為民用無人機。2、變距鉸、揮舞鉸、擺陣鉸3、用于航拍的多旋翼飛行器，尤其要注意選擇質量優(yōu)良，動靜平衡過美的產品。動靜平衡不過關的產品，會讓航拍畫面毫無意義。而大負載的場合，進口木槳和碳槳幾乎是必選的。塑料自緊槳在400mm軸距以下的小尺度多旋翼上經(jīng)常釆用，因注塑質量差異巨大，需謹慎選擇。4、①機翼采用層流翼型②在機翼表面安裝一些氣動裝置，不斷向附面層輸入能量；③保持機體表面的光滑清潔。④盡量減小機體與氣流的接觸面積。5、由于物理慣性，加之電調直驅調速本來就存在滯后，所以如果槳太重，在多軸上就會表現(xiàn)為調速響應不及時，重槳只能被迫選用更低的飛控感度，使穩(wěn)定性下降。輕巧的碳纖槳則可在高效提供升力同時，及時完成電調加減速響應，高感度飛行抗風更佳、姿態(tài)更穩(wěn)定。一般的飛控說明書中很少提到螺旋槳重量與感度響應的關系。以至于多旋翼駕駛員們由較輕碳槳更換為較重尼龍或木槳時，依舊使用以前的高感度飛行。起飛后由于槳慣性大大增加，動力系統(tǒng)無法及時響應飛控輸出，飛控又對電調持續(xù)輸出修正信號使之產生嚴重的自激震蕩，釀成飛行事故。所以，如果自行更換螺旋槳，尤其是更換更大尺寸的，建議先恢復飛控默認感度或調低感度試飛，無自激情況再逐步增加感度，直至姿態(tài)穩(wěn)定。也就是說非同規(guī)格槳替換，絕大部分情況都需要調整飛控感度。實際作業(yè)時，選擇小一寸的螺旋槳，高轉速、低慣性輸出，在犧牲一點航時的前提下，往往會帶來更平穩(wěn)的飛行。第二章思考題填空題1、多旋翼無人機起飛重量即總重量由_____________、___________、____________、_____________、___________組成。2、大多數(shù)的電機在3A?5A的電流下效率是最高的。經(jīng)測試數(shù)據(jù)的整理，一般作業(yè)飛行的多旋翼在巡航中效率基本保持在_________或以上。3、多旋翼無人機結構材料通常選用_________、________、__________。4、動力組選型時，有條件一般會選擇電壓________，電流________，電纜接頭等浪費的電能I2R就______，而且電纜可以_________。5、一般選擇__________動力冗余的螺旋槳與電機配置，因為多旋翼拉力除了用于懸停，還要用水平分力來實現(xiàn)穩(wěn)定與操縱。簡述題1.設計電動多旋翼無人機最關鍵的三個基本參數(shù)是什么，三者之間有什么關系？2.整機的功率重量比是如何計算出來的，此參數(shù)代表了什么意義？3.若鋰聚合物的參數(shù)為3S，2200mAh，20C，重量180g，求它的能量重量比。2.2*3*3.7/0.18=4.如果設計出來的電動多旋翼續(xù)航時間太短，想要延長時間，可以采取什么辦法？5.動力系統(tǒng)中的電調在選用的時候，一般遵循哪些選用原則？答案1、結構重量、動力系統(tǒng)重量、電池重量、航電重量、任務載荷重量2、8g/w3、碳纖維、玻璃纖維、塑料材料4、高、小、小、細的多也輕的多5、50%或以上簡述題1、電動多旋翼無人機最關鍵的三個基本參數(shù)是任務載荷重量、多旋翼無人機總重、航時三者之間是相互約束，關系式為2、大多數(shù)的電機在3A~5A的電流下效率最高。經(jīng)測試數(shù)據(jù)的整理，一般作業(yè)飛行的多旋翼在巡航中效率基本保持在8g/W或以上。多旋翼懸停中拉力等于重力，8g/W的經(jīng)驗數(shù)據(jù)已包含了電調、螺旋槳、電纜、接頭以及多旋翼姿態(tài)變換下的拉力分量等衰減因素。將其倒過來就變成了整機功重比，代表每公斤的多旋翼重量需要125w的電機功率才能帶起來。3、4、如果首次設計出的多旋翼無人機飛行時間太短，可返回設計階段采用復合材料夾心模具鋪層工藝的材料，結構重量系數(shù)可取0.1~0.2，減小結構重量系數(shù)對航時有較大影響。對于一般的超輕型與微型多旋翼，動力系統(tǒng)重量系數(shù)可取0.2，想要輕一點，采購價格可能就會貴一點，把動力系統(tǒng)重量系數(shù)減小。5、一般多旋翼選取懸停電流的4倍到5倍規(guī)格的電調使用，給電流留夠充足余量，大電流的電調可以兼容用在小電流的地方，小電流電調不能超標使用。第三章思考與練習1.SolidWorks軟件具有哪三大特點？2.SolidWorks系統(tǒng)默認的3個基準面名稱叫什么？3.SolidWorks系統(tǒng)是如何對草圖進行約束的？4.草圖定義有哪些形式？5.三維建模練習答案1、功能強大、易學易用和技術創(chuàng)新2、上視基準面、右視基準面、前視基準面3、智能尺寸的驅動尺寸和從動尺寸4、草圖可以為完全定義、欠定義或過定義5、三維建模練習使用鏡像、凸臺拉伸、拉伸切除等功能。第四章思考與練習一、填空題1、無人機飛行控制系統(tǒng)基本任務是完成___________、__________、__________。2、無人機主控芯片是系統(tǒng)硬件的核心組成部分，根據(jù)獲取信息解算無人機的________、________、_________、___________等信息。3、姿態(tài)傳感器用于感受無人機的___________、__________、__________，用于實現(xiàn)姿態(tài)穩(wěn)定與航向控制功能。4、______________利用氣壓與高度的關系，通過觀測氣壓測量飛行器飛行氣壓高度（又稱相對高度）的傳感器稱。5、通過飛行器飛行時感受到氣流的沖擊力量，即動壓，與空氣靜止時的壓力相比，從而轉換出飛行器空速的傳感器是__________。二、論述題1.飛行控制系統(tǒng)的硬件組成有哪些，并簡要畫出結構框圖？2.無人機姿態(tài)傳感器包括哪幾部分，分別發(fā)揮了哪些功能作用？3.無人機導航模塊的組成及功能4.如何理解姿態(tài)解算就是深度解算？5.PID控制分別代表的意義，PID是如何影響多旋翼無人機姿態(tài)的？答案一、填空題1、數(shù)據(jù)采集、姿態(tài)解算以及復雜的控制任務2、位置和姿態(tài)，高度、速度3、俯仰、滾轉和航向角度4、氣壓高度計5、空速計二、論述題1、飛行控制系統(tǒng)硬件主要主控芯片、各種傳感器、多種數(shù)據(jù)接口等組成。2、無人機姿態(tài)傳感器包括三個單軸的加速度計和三個單軸的陀螺儀，加速度計檢測物體在載體坐標系統(tǒng)獨立三軸的加速度信號，而陀螺儀檢測載體相對于導航坐標系的角速度信號，測量物體在三維空間中的角速度和加速度，通過積分，從而獲得物體轉動的角度信息，并以此解算出物體的姿態(tài)。3、無人機導航模塊主要為慣性導航設備、GPS衛(wèi)星導航接收機、磁航向傳感器，慣性導航設備來進行航位推算以及據(jù)此進行控制操作，但MEMS傳感器的精度畢竟有限；全球定位系統(tǒng)（GPS）可以對飛行器進行位置估算，同時可以對海拔高度進行測算；磁力計，用來測量磁力的，是無人機航向信息的主要來源。4、飛行器根據(jù)陀螺儀的三軸角速度對時間積分得到的俯仰/橫滾/航向角，這是快速解算?？焖俳馑愕玫降淖藨B(tài)是存在誤差的，而且誤差會累加，如果再結合三軸地磁和三軸加速度數(shù)據(jù)進行校正，得到準確的姿態(tài)，這就是深度解算。當然，快速解算的姿態(tài)一般是不能夠用于控制飛行器的，因為誤差太大。我們一般說的姿態(tài)解算就是深度解算。5、比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制。一般使用“目標值偏移”來驅動無人機向一個方向運動，也就是說，目標值不再只是零度的保持平衡，而是向一個方向發(fā)生偏移，這里假設為5°，由于96地心引力的作用，顯而易見無人機是不會在自然狀態(tài)下保持一個非零度的航姿停留在空間中，所以，無人機將會利用自身PID系統(tǒng)不斷努力調整電機輸出的比例來維持這個偏移角，也就是在這個過程中，無人機會收到一個由差速帶來了力Fs，這個力也就是驅動無人機向某一方向運動的源頭。第五章論述題1.簡述PlaneMaker中的參考點。2.機身阻力系數(shù)如何計算3.機身的位置主要針對哪幾個參數(shù)設置4.引擎部分螺旋槳的氣動建模參數(shù)是如何設置的？5.塑造腳架的模型應從哪些參數(shù)設置？答案1、PlaneMaker中的所有對象（機身，機翼等）都相對于某個固定點（稱為參考點）放置，是飛行器上的某個位置，其他所有位置都與該位置有關。盡管該點可以是任意點，但應該選擇一個有意義的點。一些飛行器設計師喜歡將參考點設為機身中心，而另一些飛行器設計師則希望使其參考翼尖。機身阻力系數(shù)；單位：ft3/lb機身阻力=機身阻力系數(shù)*機身面積*空氣密度2*空速2/23、標準位置參數(shù)是縱向臂，橫向臂和垂直臂，每次測量均相對于參考點。4、螺旋槳設置將集成到引擎設置列中。發(fā)動機選用electric以及螺旋槳選用manualpitch主螺旋槳。螺旋槳數(shù)量和類型設置的下方是“葉片數(shù)量”控件，可以為每個螺旋槳獨立設置該數(shù)字。葉片數(shù)量的最右邊是旋轉方向，從后方看飛行器時，可以將其設置為順時針（CW）或逆時針（CCW）。5、起落架類型起落架位置；單位：ft機輪伸展時偏離垂線的角度（縱向）；單位：deg機輪伸展時偏離垂線的角度（側向）；單位：deg機輪收回時偏離垂線的角度（縱向）；單位：deg機輪收回時偏離垂線的角度（側向）；單位：deg支柱長度；單位：ft機輪半徑；單位：ft機輪半寬度；單位：ft起落架在收回過程中，為了方便放置在飛行器內，繞著它的軸（支柱）旋轉的角度；單位：deg起落架在收回過程中壓縮長度；單位：ft起落架完全伸展到完全收回的時間；單位：s是否為轉向輪機輪是否具有流線型整流罩第六章思考與練習一、填空題1、虛擬仿真飛控系統(tǒng)支持三種飛行模式：___________、__________、__________。2、在GPS信號良好，指南針工作正常，且成功記錄返航點的情況下，如果飛行器與遙控器通信中斷，_________功能激活，_________將接管飛行器控制權，控制飛行器飛回最后一次記錄的返航點。3、如果在返航過程中，信號恢復正常，返航過程仍將持續(xù)，但用戶可以通過_________控制飛行，且可以取消返航。4、如果啟動電機后，未讓飛行器起飛，此時關閉遙控器非常危險，飛控很有可能進入________模式，飛行器很可能起飛。5、飛控在失去信號3秒后才進入失控返航模式，如果3秒內重新獲得信號，飛控會立即退出失控返航模式，只要通信允許都可以利用________重新獲得控制權。二、論述題1.在x-plane仿真系統(tǒng)如何更換環(huán)境和機場環(huán)境？2.在x-plane仿真系統(tǒng)如何切換飛行器的幾種常用視角3.首次使用遙控器與飛行器建立鏈路前，需要什么操作？4.一般遙控器有哪些控制模式5.無人機返航操作時有哪些注意事項？答案一、填空題1、姿態(tài)模式，GPS速度模式，和自動駕駛模式2、失控保護，飛控系統(tǒng)3、遙控器4、失控保護5、遙控器二、論述題1、打開菜單“Location->SelectGlobalAirport”，在“Apt”內輸入“ZUAV”或其他機場代碼，點擊“GoToThisAirport”，將飛行器放置在相應機場。單擊單欄中的“Environment”按鈕，可以設置仿真環(huán)境。2、幾種常用視角：(1)Forwards為第一人稱視角快捷鍵【W(wǎng)】(2)Circle:Shift/Arrows快捷鍵【shift-\】為自由視角，+,-為鏡頭的縮放，鍵盤的方向鍵控制鏡頭的上下左右。(3)Chase快捷鍵【a】為跟隨視角。(4)AirportBeaconTower快捷鍵【t】，為實際作業(yè)視角，即人不動，飛行器在動。3、對頻即無人機與遙控器配對4、姿態(tài)模式、GPS模式（定點模式）、定高模式5、返航注意(1)請確保在飛行器起飛前記錄返航點，并且明確知道飛行器記錄的返航點是在哪里，確保安全使用。(2)返航時飛行器機頭正對著返航點（飛行器機頭朝向可在軟件中設置），沿著失控地點與返航點之間水平面上的連線，直線地飛行在。(3)整個返航過程中，您都可以利用遙控器重新獲得控制權。(4)返航時，如果周圍有高大物體，飛行器有可能會在回航途中受阻。(5)GPS信號不好或者GPS沒有工作的情況下，失控不會返航。(6)請確保返航點適宜飛行器降落。(7)如果您啟動電機后，未讓飛行器起飛，此時關閉遙控器非常危險，飛控很有可能進入失控保護模式，飛行器很可能起飛。第七章思考與練習填空題1、無人機地面站涉及了___________、__________、_________以及任務規(guī)劃等多種技術，主要功能是監(jiān)控無人機的飛行過程以及任務執(zhí)行情況，它是一個實時采集并分析遙測數(shù)據(jù)、不定時發(fā)送控制指令、顯示飛行狀態(tài)等功能結合于一體的綜合地面站監(jiān)控系統(tǒng)。2、地面站監(jiān)控系統(tǒng)作為整個無人機系統(tǒng)的指揮中心，主要是為了完成無人機的________，并在________中實時顯示無人機的位置以及飛行軌跡，完成無人機的________、________的實時傳輸、顯示和處理等功能，保證無人機準確安全的飛行，高效執(zhí)行任務。3、便攜式地面站以配置了指揮控制與任務規(guī)劃軟件的便攜式計算機為主體，利用________、_______進行數(shù)據(jù)傳輸，操作人員通過鍵盤、鼠標、遙控器等設備完成指令設定與無人機操控。4、MavLink(MicroAirVehicleLink)是一種用于小型無人載具的通信協(xié)議，MavLink協(xié)議支持________、________、________等多種載具。5、任務規(guī)劃需要對任務區(qū)域________進行研究，對相應飛行航線進行________。設置準確的________是實現(xiàn)無人機任務規(guī)劃的前提條件，因此在地圖導航的基礎之上，地面控制站還應具有_______功能。二、論述題1.地面控制站有哪些組成？2.地面站監(jiān)控系統(tǒng)作為整個無人機系統(tǒng)的指揮中心，發(fā)揮了哪些功能？3.分析無人機地面控制站的作用，無人機地面控制站有多種形式，都有哪些分類？4.對于無人機通訊鏈路使用的頻段，我國工信部無線電管理局就無人機專用頻段初步制定了哪些規(guī)定？5.地面站軟件系統(tǒng)統(tǒng)所涉及了哪些關鍵技術？答案一、填空題1、圖像處理、無線傳輸、遠程控制2、任務規(guī)劃，電子地圖，飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)、視頻圖像3、無線數(shù)傳電臺或無線網(wǎng)絡4、固定翼無人機、旋翼無人機、無人車輛5、地圖，標定，航點信息，航點編輯二、論述題1、地面控制站有地面遙控設備、通訊鏈路硬件、計算機軟硬件平臺、地面站軟件系統(tǒng)組成。2、地面站監(jiān)控系統(tǒng)作為整個無人機系統(tǒng)的指揮中心，發(fā)揮了如下功能：（1）飛行狀態(tài)的監(jiān)測與控制（2）地圖導航與任務規(guī)劃（3）飛行數(shù)據(jù)的記錄與回放（4）模擬飛行3、無人機地面控制站有多種形式，按不同的使用要求可分為大型地面站、便攜式地面站和掌上微型地面站。4、對于通訊鏈路使用的頻段，我國工信部無線電管理局初步制定了《無人機系統(tǒng)頻率使用事宜》規(guī)定，主要有：（1）840.5-845MHz可用于無人機系統(tǒng)的上行遙控鏈路，其中，841-845MHz也可采用時分方式用于無人機系統(tǒng)的上行遙控和下行遙測信息傳輸鏈路。（2）1430-1446MHz頻段可用于無人機系統(tǒng)下行遙測與信息傳輸鏈路，其中1430-1434MHz頻段應優(yōu)先保證警用無人機和直升無人機視頻傳輸使用，必要時1434-1442MHz也可以用于警用直升無人機視頻傳輸。無人機在市區(qū)部署時，應使用1442MHz以下頻段。（3）2408-2440MHz頻段可用于無人機系統(tǒng)下行鏈路，該無線電臺工作時不得對其他合法無線電業(yè)務造成影響，也不能尋求無線電干擾保護。地面站軟件系統(tǒng)所涉及的關鍵技術主要包括（1）串口通信：串口按位（bit）發(fā)送和接收字節(jié)。（2）通信協(xié)議是指雙方實體完成通信或服務所必須遵循的規(guī)則和約定，MavLink（microairvehiclelink）是一種用于小型無人載具的通信協(xié)議（3）電子地圖就是利用網(wǎng)絡技術、通信技術、GIS技術實現(xiàn)的一種新地圖服務方式。機架，機架的主要功用是裝載各類設備、動力電池或燃料，同時它是其他結構部件的安裝基礎，用以將支臂、腳架、云臺等連接成一個整體。電機，帶動螺旋槳高速旋轉。電調，調節(jié)電機轉速。螺旋槳，高速旋轉產生拉力，完成飛行器的飛行姿態(tài)。鋰聚合物電池，作為無人機主電源給無人機供電任務平臺，任務載荷是無人機的任務設備。起落架，負責無人機的起落裝置，對無人機降落起到緩沖作用。GPS（或數(shù)傳或圖傳），GPS負責無人機導航的設備，數(shù)傳電臺將無人機的數(shù)據(jù)信息如：姿態(tài)、電壓、位置等信息傳輸給地面站。圖傳電臺將無人機任務載荷的數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛娼邮诊@示設備上。飛控，無人機的“大腦”，采集無人機各傳感器測量的飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)，經(jīng)計算處理，實現(xiàn)對無人機各飛行狀態(tài)的控制和對任務設備的管理與控制。10、支臂，機架結構的延伸，擴充軸距，安裝動力電機。尾梁尾梁飛控系統(tǒng)主要由陀螺儀、加速度計、角速度計、氣壓計、GPS模塊、指南針和控制電路等組成，主要功能是計算并調試無人機（）。A.飛行時間B.飛行姿態(tài)C.飛行距離D.飛行系統(tǒng)2．無人機（）是一個實時采集數(shù)據(jù)并分析遙測數(shù)據(jù)，不定時發(fā)送遙控指令，顯示飛行狀態(tài)等功能結合于一體的綜合監(jiān)控系統(tǒng)。A.數(shù)據(jù)鏈B.地面站C.通信系統(tǒng)D.數(shù)傳電臺3.2055電機和2055的螺旋槳，直徑相差（）倍？A．1倍B.5倍C．25.4倍