機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)與應(yīng)用 課件 第7課 智能飛行器

智能機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用“十四五”職業(yè)教育人工智能技術(shù)應(yīng)用專業(yè)系列教材第7課智能飛行器231知識(shí)目標(biāo)（1）熟悉無(wú)人駕駛飛行器的發(fā)展歷程，熟悉無(wú)人機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)景。（2）了解無(wú)人機(jī)的基本構(gòu)造機(jī)器工作原理。（3）了解無(wú)人機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)。能力目標(biāo)（1）掌握專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)閱讀、思考與研究的能力。（2）積極參與“研究性學(xué)習(xí)小組”活動(dòng)，提高組織和活動(dòng)能力，具備團(tuán)隊(duì)精神。素質(zhì)目標(biāo)（1）熱愛(ài)學(xué)習(xí)，掌握學(xué)習(xí)方法，提高學(xué)習(xí)能力。（2）熱愛(ài)讀書，善于分析，勤于思考，培養(yǎng)關(guān)心技術(shù)新亮點(diǎn)、技術(shù)進(jìn)步的優(yōu)良品質(zhì)。（3）體驗(yàn)、積累和提高“大國(guó)工匠”的專業(yè)素質(zhì)。學(xué)習(xí)目標(biāo)

愿景

體驗(yàn)

創(chuàng)意

實(shí)踐重點(diǎn)難點(diǎn)（1）無(wú)人機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)景與基本種類。（2）無(wú)人機(jī)的構(gòu)造與工作原理。目錄無(wú)人駕駛飛行器01無(wú)人機(jī)的種類02無(wú)人機(jī)的構(gòu)造03無(wú)人機(jī)工作原理04無(wú)人機(jī)關(guān)鍵技術(shù)05第7課智能飛行器無(wú)人駕駛飛機(jī)，簡(jiǎn)稱“無(wú)人機(jī)”，是利用無(wú)線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)。無(wú)人機(jī)實(shí)際上是無(wú)人駕駛飛行器的統(tǒng)稱，從技術(shù)角度定義可以分為：無(wú)人直升機(jī)、無(wú)人固定翼機(jī)、無(wú)人多旋翼飛行器、無(wú)人

飛艇、無(wú)人傘翼機(jī)這幾大

類。圖7-4智能飛行器（無(wú)人機(jī)）無(wú)人駕駛飛行器0101

無(wú)人駕駛飛行器無(wú)人機(jī)在通信、氣象、災(zāi)害檢測(cè)、農(nóng)業(yè)、地質(zhì)、交通、廣播電視等方面都有廣泛的應(yīng)用，目前其技術(shù)已趨成熟，性能日益完善，逐步向小型化、智能化、隱身化方向發(fā)展。同時(shí)，與無(wú)人機(jī)相關(guān)的雷達(dá)、探測(cè)、測(cè)控、傳輸、材料等方面的技術(shù)也處于飛速發(fā)展的階段。無(wú)人機(jī)也可分為仿昆蟲(chóng)無(wú)人機(jī)、四軸飛行器、微型飛行器等。其中微型飛行器是指尺寸只有手掌大?。s15cm）的飛行器，它的研制是一項(xiàng)包含了多

種交又學(xué)科的高、精、尖技術(shù)，其研究水平在一定程度上

可以反映一個(gè)國(guó)家在微電機(jī)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的實(shí)力。微型

飛行器的研制還能對(duì)其他許多相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展起推動(dòng)

作用。

圖7-5微型飛行器01

無(wú)人駕駛飛行器從誕生至今，無(wú)人機(jī)的發(fā)展歷程已經(jīng)走過(guò)了一個(gè)世紀(jì)，但無(wú)人機(jī)真正走進(jìn)我們的生活，在娛樂(lè)、環(huán)保、交通等領(lǐng)域大展身手，還是最近十多年的事。戰(zhàn)場(chǎng)上初露鋒芒現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中代替?zhèn)刹毂倌昵跋闰?qū)探索新科技助力指令控制民用無(wú)人機(jī)迅猛發(fā)展01

無(wú)人駕駛飛行器01

無(wú)人駕駛飛行器7.1.1百年前先驅(qū)探索19世紀(jì)，無(wú)線電的發(fā)現(xiàn)和運(yùn)用給人們遠(yuǎn)距離控制機(jī)器的運(yùn)行創(chuàng)造了可能。1898年，物理學(xué)家特斯拉向人們展示了通過(guò)無(wú)線電遙控一條模型船的航行，從而首次實(shí)現(xiàn)了遙控技術(shù)的應(yīng)用。當(dāng)飛機(jī)被人們發(fā)明出來(lái)并在第一次世界大戰(zhàn)中得到應(yīng)用后，發(fā)明家們開(kāi)始嘗試將遙控技術(shù)與飛機(jī)結(jié)合，制成一種無(wú)須飛行員親自駕駛的飛機(jī)。01

無(wú)人駕駛飛行器1909年，美國(guó)工程師發(fā)明了一種名叫“陀螺儀”的裝置（見(jiàn)圖7-6），可以測(cè)定飛機(jī)的飛行方向及機(jī)身正以什么樣的姿勢(shì)在空中飛行。這種裝置是現(xiàn)代飛機(jī)自動(dòng)控制和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的核心組成部分。這種裝置出現(xiàn)后，美國(guó)海軍很感興趣，希望以此為基礎(chǔ)，研究一種不需要飛行員駕駛的飛行器。當(dāng)時(shí)，美國(guó)海軍將其稱之為“飛行魚(yú)雷”（見(jiàn)圖7-7）。為了提高飛行魚(yú)雷的導(dǎo)航精度，美國(guó)西部電器公司還為它開(kāi)發(fā)了專用的無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)。飛行魚(yú)雷是無(wú)人機(jī)最早的雛形之一，而慣性導(dǎo)航與無(wú)線電控制技術(shù)，至今仍然是遙控?zé)o人機(jī)的核心技術(shù)。01

無(wú)人駕駛飛行器圖7-6陀螺儀圖7-7飛行魚(yú)雷01

無(wú)人駕駛飛行器1914年，當(dāng)時(shí)第一次世界大戰(zhàn)正進(jìn)行得如火如荼，英國(guó)的卡德?tīng)柡推で袪杻晌粚④?，向英?guó)軍事航空學(xué)會(huì)提出了一項(xiàng)建議：研制一種用無(wú)線電操縱的小型飛機(jī)，使它能夠飛到敵方某一目標(biāo)區(qū)上空，將事先裝在小飛機(jī)上的炸彈投下去。這種大膽的設(shè)想立即得到當(dāng)時(shí)英國(guó)軍事航空學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)戴·亨德森爵士賞識(shí)。他指定由A·M·洛教授率領(lǐng)一班人馬進(jìn)行研制。最初的研制是在一個(gè)名叫布魯克蘭茲的地方進(jìn)行的。為了保密，該計(jì)劃被命名為“AT計(jì)劃”。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，研制小組首先研制出一臺(tái)無(wú)線電遙控裝置。飛機(jī)設(shè)計(jì)師杰佛里·德哈維蘭設(shè)計(jì)出

一架木制結(jié)構(gòu)的小型上單翼機(jī)，通過(guò)安裝在卡車上的彈射裝置起飛。研制小組把無(wú)

線電遙控裝置安裝到這架小飛機(jī)上，希望可以通過(guò)遙控的方式，讓飛機(jī)平穩(wěn)飛行一

段時(shí)間。01

無(wú)人駕駛飛行器1917年3月，在第一次世界大戰(zhàn)臨近結(jié)束之際，世界上第一架無(wú)人駕駛飛機(jī)在英國(guó)皇家飛行訓(xùn)練學(xué)校進(jìn)行了第一次飛行試驗(yàn)。但在實(shí)際的飛行表演中，飛機(jī)剛剛起飛就失控了，僅僅飛行了一小段距離便墜落到了地上。不久，小組又研制出第二架無(wú)人機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)。飛機(jī)在無(wú)線電的操縱下平穩(wěn)地飛行了一段時(shí)間。就在大家興高采烈地慶祝試驗(yàn)成功的時(shí)候，飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)突然熄火了，失去動(dòng)力的無(wú)人機(jī)一頭栽入人群。雖然試驗(yàn)遭遇

失敗，但由于飛機(jī)在飛行過(guò)程中的確響應(yīng)了通過(guò)無(wú)線

電發(fā)出的控制信號(hào)，因此這次試飛仍然被

視為是無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)端。

圖7-8世界上第一架無(wú)人駕駛飛機(jī)01

無(wú)人駕駛飛行器“AT計(jì)劃”失敗之后，A·M·洛教授并沒(méi)有灰心，繼續(xù)進(jìn)行著無(wú)人機(jī)的研制。10年后他終于取得成功。1927年，由他參與研制的“喉”式單翼無(wú)人機(jī)在英國(guó)海軍“堡壘”號(hào)軍艦上成功地進(jìn)行了試飛。該機(jī)載有113公斤炸彈，以每小時(shí)322公里的速度飛行了480公里。“喉”式無(wú)人機(jī)的問(wèn)世在當(dāng)時(shí)的世界上曾引起極大的轟動(dòng)。01

無(wú)人駕駛飛行器7.1.2戰(zhàn)場(chǎng)上初露鋒芒在飛行員的實(shí)彈訓(xùn)練中，需要像士兵打靶一樣，實(shí)際演練攻擊天空中的靶機(jī)，來(lái)提升自己的作戰(zhàn)技能，地面高炮防空部隊(duì)也需要用靶機(jī)來(lái)進(jìn)行訓(xùn)練。在兩次世界大戰(zhàn)期間，美國(guó)、英國(guó)和德國(guó)都開(kāi)始了將無(wú)人機(jī)作為靶機(jī)的嘗試。美國(guó)軍方還發(fā)

現(xiàn)，無(wú)人機(jī)可以方便快捷地在戰(zhàn)場(chǎng)上傳遞信息，代替

當(dāng)時(shí)還廣泛使用的傳令兵，于是，在“飛行魚(yú)雷”的

基礎(chǔ)上研發(fā)了“信使”無(wú)人機(jī)。

圖7-9二戰(zhàn)期間英國(guó)使用的無(wú)人靶機(jī)01

無(wú)人駕駛飛行器1941年美國(guó)海軍萌生了使用無(wú)人機(jī)攻擊敵人空中和地上目標(biāo)的想法，研發(fā)了TDN-1和TDR-1型無(wú)人攻擊機(jī)。1944年9月至10月間，這兩種無(wú)人機(jī)在太平洋戰(zhàn)爭(zhēng)中小試牛刀，攻擊了日軍的堡壘和火炮陣地等目標(biāo)，取得了一定的戰(zhàn)果。在第二次世界大戰(zhàn)中，美國(guó)陸軍航空隊(duì)曾大量使用無(wú)人靶機(jī)，還在太平洋戰(zhàn)場(chǎng)上使用攜帶重型炸彈的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)人機(jī)對(duì)日軍目標(biāo)進(jìn)行轟炸。戰(zhàn)爭(zhēng)期間，美軍還曾打算將報(bào)廢的B-17和B-24轟炸機(jī)改裝成攜帶炸彈的遙控轟炸機(jī)。駕駛員先駕駛這種遙控轟炸機(jī)至海邊，然后跳傘脫身，

遙控轟炸機(jī)則在無(wú)線電的遙控下繼續(xù)飛行，直至對(duì)目標(biāo)進(jìn)

行攻擊?？上в捎谒杞?jīng)費(fèi)巨大，再加上操縱技術(shù)過(guò)于復(fù)

雜，美軍最終還是放棄了這一研制計(jì)劃。01

無(wú)人駕駛飛行器第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，無(wú)人機(jī)開(kāi)始投入戰(zhàn)場(chǎng)偵察工作。世界上第一種實(shí)用型的無(wú)人偵察機(jī)是無(wú)線電控制的美國(guó)AN/USD-1戰(zhàn)場(chǎng)無(wú)人監(jiān)視機(jī)。這種飛機(jī)裝備有一臺(tái)可以在白天工作的光學(xué)照相機(jī)和一臺(tái)在夜間工作的紅外照相機(jī)，通過(guò)火箭助推器起飛，完成任務(wù)后釋放降落傘降落。但它拍攝收集到的照片還需要進(jìn)行復(fù)雜耗時(shí)的處理和分析工作。在冷戰(zhàn)和越南戰(zhàn)爭(zhēng)期間，美軍發(fā)現(xiàn)無(wú)人機(jī)除了照相外，還可以執(zhí)行另一種形式的搜索任務(wù)。無(wú)人機(jī)飛臨敵人控制的空域后，可以誘騙敵人的防空雷達(dá)開(kāi)機(jī)，獲得其信號(hào)特征。敵人的高炮、

防空導(dǎo)彈、戰(zhàn)斗機(jī)在攔截?zé)o人機(jī)的過(guò)程中，也會(huì)將自身的部署情況暴露。越南戰(zhàn)爭(zhēng)

期間，美軍在戰(zhàn)場(chǎng)上大量使用“火蜂”型無(wú)人偵察機(jī)執(zhí)行這方面的工作，在此期間

還催生了直升機(jī)在半空回收無(wú)人機(jī)的技術(shù)。01

無(wú)人駕駛飛行器第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，隨著航空技術(shù)的飛速發(fā)展，無(wú)人機(jī)家族逐漸步入鼎盛時(shí)期。時(shí)至今日，世界上研制生產(chǎn)的各類無(wú)人機(jī)已達(dá)上百種。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)駕駛技術(shù)和遙控遙測(cè)技術(shù)的發(fā)展及其在無(wú)人機(jī)中的應(yīng)用，以及隨著對(duì)無(wú)人機(jī)戰(zhàn)術(shù)的深入研究，無(wú)人機(jī)在軍事方面的應(yīng)用日益廣泛。01

無(wú)人駕駛飛行器7.1.3新科技助力指令控制進(jìn)入上世紀(jì)80年代后，電子工業(yè)和航空工業(yè)的發(fā)展為無(wú)人機(jī)發(fā)展帶來(lái)了新的契機(jī)。此時(shí)，軍用無(wú)人機(jī)的飛行控制技術(shù)出現(xiàn)了兩大分支，即自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)和指令控制系統(tǒng)。自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)需要在無(wú)人機(jī)起飛前將本次飛行的路徑、高度和偵察目標(biāo)等信息設(shè)定好，無(wú)人機(jī)依靠這些信息自己完成飛行任務(wù)。這種模式雖然看起來(lái)簡(jiǎn)單，但一旦目標(biāo)位置出現(xiàn)變化，提前設(shè)定的飛行路線就得不到所需要的信息了。而指令控制模式將飛行員的位置由飛機(jī)搬到了

地面站的控制室中。得益于視頻圖像技術(shù)的發(fā)展，無(wú)人機(jī)可以通過(guò)無(wú)線電信號(hào)實(shí)時(shí)

將偵察圖像信息傳回控制室，控制員根據(jù)瞬息萬(wàn)變的戰(zhàn)場(chǎng)形勢(shì)畫面實(shí)時(shí)操控?zé)o人機(jī)

飛行。如今，指令控制技術(shù)逐漸成為軍用無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)的主流。01

無(wú)人駕駛飛行器此外，衛(wèi)星通信技術(shù)和GPS導(dǎo)航技術(shù)也給指令控制技術(shù)的應(yīng)用帶來(lái)了幫助。在應(yīng)用衛(wèi)星通信前，無(wú)人機(jī)的飛行距離受到控制信號(hào)傳輸和山川阻擋等因素的限制。應(yīng)用衛(wèi)星通信技術(shù)后，地面控制站可以將控制信號(hào)上傳至太空中的通信衛(wèi)星，由衛(wèi)星中繼放大后發(fā)送到無(wú)人機(jī)接收天線上，從而突破了地面障礙物和地平線的限制。GPS導(dǎo)航技術(shù)可以讓控制人員準(zhǔn)確獲取無(wú)人機(jī)位置，同時(shí)，在控制信號(hào)因?yàn)楦蓴_中斷時(shí)，無(wú)人機(jī)也可以使用GPS導(dǎo)航自主返航回收。01

無(wú)人駕駛飛行器7.1.4現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中代替?zhèn)刹毂谏鲜兰o(jì)90年代初的海灣戰(zhàn)爭(zhēng)和21世紀(jì)初的伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中，無(wú)人機(jī)得到全方位的應(yīng)用。兩種美軍現(xiàn)役的明星無(wú)人機(jī)——“捕食者”和“全球鷹”也在此期間開(kāi)始應(yīng)用。圖7-10“捕食者”和“全球鷹”（右）無(wú)人機(jī)01

無(wú)人駕駛飛行器“捕食者”無(wú)人機(jī)是一種長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)，采用渦輪增壓螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，最大續(xù)航時(shí)間60小時(shí)，可在目標(biāo)上空飛行24小時(shí)。偵察型的“捕食者”配有光電/紅外偵察設(shè)備，晝夜都能執(zhí)行偵察任務(wù)。在“捕食者”上還裝備有一種被稱作“合成孔徑雷達(dá)”的裝備，可以通過(guò)發(fā)射無(wú)線電信號(hào)并接收大地或目標(biāo)反射信號(hào)的方式，繪制出目標(biāo)的高分辨率圖像。即便在有云層或霧氣遮擋的情況下，這種雷達(dá)依舊可以返回與相機(jī)照片類似的圖像。美軍還對(duì)“捕食者”進(jìn)行改進(jìn)，使它具備使用武器對(duì)敵人進(jìn)行攻擊的能力。通過(guò)在無(wú)人機(jī)頭部安裝用于指引導(dǎo)彈打擊目

標(biāo)的激光指示器，“捕食者”可以發(fā)射用來(lái)打擊坦克、裝甲車等目標(biāo)的“地獄火”

導(dǎo)彈。攻擊型“捕食者”的升級(jí)版“死神”無(wú)人攻擊機(jī)體積更大、性能更強(qiáng)，能發(fā)

射激光制導(dǎo)炸彈等武器。01

無(wú)人駕駛飛行器“全球鷹”是一種無(wú)人偵察機(jī)。和“捕食者”一樣，“全球鷹”也具備使用合成孔徑雷達(dá)等多個(gè)頻段的偵察設(shè)備獲取戰(zhàn)場(chǎng)信息的能力，可以執(zhí)行對(duì)陸地目標(biāo)和海上目標(biāo)的偵察任務(wù)。由于使用噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，“全球鷹”比“捕食者”飛行速度更快。但由于“全球鷹”的飛行高度較高，用來(lái)執(zhí)行對(duì)地攻擊任務(wù)并不十分合適。此外，美軍還研發(fā)了小型化的無(wú)人機(jī)，如“大烏鴉”和“龍眼”無(wú)人機(jī)。由于這些無(wú)人機(jī)體積輕巧、便于攜帶，基層部隊(duì)可以在日常巡邏中隨身攜帶，一旦遇到戰(zhàn)斗情況，可以就地將無(wú)人

機(jī)放飛，提供偵察支援，靈活性大大提高，特別適合反恐

作戰(zhàn)。01

無(wú)人駕駛飛行器7.1.5民用無(wú)人機(jī)迅猛發(fā)展雖然無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展源于軍事需求，但人們最熟悉的無(wú)人機(jī)還是那種有著多個(gè)旋翼，可以靈活地在空中運(yùn)動(dòng)或懸停，進(jìn)行航拍活動(dòng)的多旋翼無(wú)人機(jī)。這種無(wú)人機(jī)是自21世紀(jì)以來(lái)迅猛發(fā)展的民用無(wú)人機(jī)的典型代表。圖7-11民用多旋翼無(wú)人機(jī)01

無(wú)人駕駛飛行器最常見(jiàn)的四旋翼無(wú)人機(jī)和直升飛機(jī)一樣，是通過(guò)與機(jī)身平行的螺旋槳槳葉產(chǎn)生的升力垂直起飛，既無(wú)需機(jī)翼，又不用設(shè)置跑道來(lái)起飛降落，因而體積小巧、使用方便。和單旋翼飛行器相比，多旋翼飛行器的螺旋槳無(wú)需設(shè)置復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)裝置，也不需要尾槳來(lái)抵消主螺旋槳帶來(lái)的旋轉(zhuǎn)，因此具備理想的可靠性，還可以將制造成本控制得比較低，讓一般消費(fèi)者能承受。更重要的是，在內(nèi)部控制程序的配合下，多旋翼無(wú)人機(jī)的操控相當(dāng)簡(jiǎn)單，非專業(yè)飛行人員短時(shí)間內(nèi)就能掌握基本的操作方法，像玩電子游戲一樣操控?zé)o人機(jī)的飛行。01

無(wú)人駕駛飛行器多旋翼民用無(wú)人機(jī)能夠迅速興起的另外一個(gè)關(guān)鍵設(shè)備，是以GoPro為代表的運(yùn)動(dòng)相機(jī)（見(jiàn)圖7-12）。運(yùn)動(dòng)相機(jī)可以獲得比一般相機(jī)更加寬廣的視野，拍攝高清晰度的照片或視頻，體積重量還十分小巧，特別適合安裝在無(wú)人機(jī)上，獲得從天空或高處向下的視角。無(wú)人機(jī)操控手們不但可以在飛行過(guò)程中實(shí)時(shí)享受無(wú)人機(jī)帶來(lái)的視覺(jué)體驗(yàn)，

拍攝的高清照片、視頻等還可以進(jìn)行豐富的后期處理，

得到更炫酷的視覺(jué)效果。在無(wú)人機(jī)出現(xiàn)之前，進(jìn)行航

拍需要租用有飛行員駕駛的飛機(jī)。在無(wú)人機(jī)出現(xiàn)后，

個(gè)人也可以進(jìn)行日常的業(yè)余航拍活動(dòng)。圖7-12GoPro運(yùn)動(dòng)相機(jī)01

無(wú)人駕駛飛行器進(jìn)入21世紀(jì)后，由于基礎(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，民用無(wú)人機(jī)的各個(gè)組成部分性能越來(lái)越強(qiáng)、重量越來(lái)越輕，成本也越來(lái)越低，給無(wú)人機(jī)的普及創(chuàng)造了條件。無(wú)人機(jī)搭載高性能FPGA芯片，可以實(shí)現(xiàn)雙CPU的功能，處理各種傳感器傳來(lái)的無(wú)人機(jī)狀態(tài)信息，控制無(wú)人機(jī)的高效飛行。Wifi技術(shù)的發(fā)展讓手機(jī)上網(wǎng)更方便，也給民用無(wú)人機(jī)的信號(hào)傳輸提供了一種簡(jiǎn)單有效的實(shí)現(xiàn)方式，可以在一定距離內(nèi)傳輸控制和影像信號(hào)。在續(xù)航方面，由于鋰電池技術(shù)的發(fā)展，用一塊重量不大的電池就可以讓無(wú)人機(jī)在天空中飛行一段時(shí)間。01

無(wú)人駕駛飛行器除了四旋翼無(wú)人機(jī)外，固定翼無(wú)人機(jī)在民用領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用。與多旋翼無(wú)人機(jī)相比，固定翼無(wú)人機(jī)的續(xù)航時(shí)間更長(zhǎng)，飛行高度更高、活動(dòng)范圍更大，采用更加可靠的控制系統(tǒng)和信號(hào)傳輸系統(tǒng)，因此比四旋翼無(wú)人機(jī)更適合專業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域

的應(yīng)用。

圖7-13固定翼無(wú)人機(jī)01

無(wú)人駕駛飛行器這些年，我們經(jīng)常能夠看到無(wú)人機(jī)編隊(duì)表演的新聞報(bào)道。成百上千架無(wú)人機(jī)，在夜色中通過(guò)自身攜帶的彩色燈光設(shè)備，組成各種各樣的美麗圖案，甚至還能隨著音樂(lè)節(jié)奏的變化翩翩起舞。這種奇觀的出現(xiàn)，得益于無(wú)人機(jī)集群技術(shù)的發(fā)展。實(shí)際上，無(wú)人機(jī)集群技術(shù)在軍事領(lǐng)域早就得到了發(fā)展與應(yīng)用。2000年，美國(guó)國(guó)防部的高級(jí)計(jì)劃局就啟動(dòng)了有關(guān)研究項(xiàng)目，研究多架無(wú)人機(jī)在空中協(xié)同發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的技術(shù)。經(jīng)過(guò)近二十年的發(fā)展，無(wú)人

機(jī)集群技術(shù)已經(jīng)日臻成熟。在執(zhí)行任務(wù)的過(guò)程中，集群中

的無(wú)人機(jī)要組織好自己的隊(duì)形，避免發(fā)生碰撞。同時(shí)，無(wú)

人機(jī)之間還要分享所處位置態(tài)勢(shì)的感知，一架無(wú)人機(jī)所觀

察到的情況可以被所有無(wú)人機(jī)掌握。這樣，大量無(wú)人機(jī)可

以在單一操作員的指揮下，完成一架無(wú)人機(jī)所不可能完成

的各種任務(wù)。圖7-14無(wú)人機(jī)集群技術(shù)無(wú)人機(jī)的種類0202

無(wú)人機(jī)的種類無(wú)人機(jī)體積小，隱蔽性好，生存能力強(qiáng)。無(wú)人機(jī)的長(zhǎng)度基本在10米以內(nèi)，重量大多在1~2噸之間。因此，無(wú)人機(jī)在空中活動(dòng)十分輕捷自如，各種探測(cè)器材很難發(fā)現(xiàn)它的行蹤。此外，無(wú)人機(jī)使用簡(jiǎn)便，適應(yīng)性好，既可以近距離滑跑升空，也可以直接發(fā)射升空；既可以在公路上起飛，也可以在海灘、沙漠上起飛。無(wú)人機(jī)回收也很方便，可以用降落傘和攔阻網(wǎng)回收，也可以利用起落架、滑橇、機(jī)腹著陸，或者像直升機(jī)一樣進(jìn)行垂直起降。此外，無(wú)人機(jī)能適應(yīng)各種環(huán)境，可以毫無(wú)顧忌地進(jìn)出核生化武器的沾染區(qū)，并可以在各種復(fù)雜氣象條件下連續(xù)飛行。測(cè)繪與航拍無(wú)人機(jī)通信中繼無(wú)人機(jī)智能軍用無(wú)人機(jī)長(zhǎng)時(shí)留空與預(yù)警無(wú)人機(jī)01

無(wú)人機(jī)的種類02

無(wú)人機(jī)的種類7.2.1測(cè)繪與航拍無(wú)人機(jī)無(wú)人機(jī)作為一種新型遙感監(jiān)測(cè)平臺(tái)，飛行操作智能化程度高，可按預(yù)定航線自主飛行、攝像，實(shí)時(shí)提供遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和低空視頻監(jiān)控，具有機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、便捷、成本低等特點(diǎn)，其所獲取的高分辨率遙感數(shù)據(jù)在海域動(dòng)態(tài)監(jiān)管、海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)、資源保護(hù)等工作中用途廣泛。航拍無(wú)人機(jī)是集成了高清攝影攝像裝置的遙控飛行器，系統(tǒng)主要包括：載機(jī)、飛控、陀螺云臺(tái)、視頻傳輸、地面站以及通話系統(tǒng)等，航拍無(wú)人機(jī)飛行

高度一般在500米以上，適合影視宣傳片

以及鳥(niǎo)瞰圖的拍攝等。這種飛行器靈活方

便，能快速的完成鏡頭的拍攝。

圖7-15測(cè)繪無(wú)人機(jī)02

無(wú)人機(jī)的種類7.2.2通信中繼無(wú)人機(jī)C波段是頻率從4.0-8.0GHz的一段分配給通信衛(wèi)星的頻帶，用于通信衛(wèi)星下行傳輸信號(hào)。該頻段在衛(wèi)星電視廣播和各類小型衛(wèi)星地面站應(yīng)用中一直被廣泛使用。美國(guó)的“先鋒”式無(wú)人機(jī)裝有抗干擾擴(kuò)頻通信設(shè)備、大功率固態(tài)放大器、全向甚高頻和超高頻無(wú)線電臺(tái)中繼設(shè)備等，可在C波段進(jìn)行數(shù)據(jù)、信號(hào)、話音和圖像通信，

通信距離為185公里。

圖7-16無(wú)人機(jī)作為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)02

無(wú)人機(jī)的種類7.2.3長(zhǎng)時(shí)留空與預(yù)警無(wú)人機(jī)微波動(dòng)力飛機(jī)不帶燃料，只有一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)和微波接受整流裝置。起飛時(shí)由蓄電池為電動(dòng)機(jī)供電，待升高到100米后，電池關(guān)閉，地面上的微波發(fā)生器通過(guò)鍋形天線發(fā)射微波，飛機(jī)上的特殊薄膜天線把接受到的微波變成直流電，驅(qū)動(dòng)由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的飛機(jī)螺旋槳，這樣飛機(jī)就靠微波作動(dòng)力飛行了。圖7-17微波動(dòng)力飛機(jī)02

無(wú)人機(jī)的種類這種飛機(jī)的飛行高度與地面微波的功率有關(guān)，例如使用波長(zhǎng)為10厘米和3.8厘米微波，功率為幾百千瓦，足夠飛機(jī)在9000多米高度使用；如果將兩個(gè)或多個(gè)這樣的發(fā)生器合并起來(lái)，便可供飛機(jī)在1.5萬(wàn)米以上的高空飛行使用。但發(fā)射微波的天線很大，直徑達(dá)60多米。微波動(dòng)力飛機(jī)在空中飛行時(shí)可不受燃料的限制，可用來(lái)進(jìn)行農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)、天氣預(yù)報(bào)等，還可以裝上雷達(dá)和通信設(shè)備，作為廣播、電視、通信的天上中轉(zhuǎn)站。加拿大、美國(guó)都已試制出較大型的微波動(dòng)力飛機(jī)，但地面發(fā)射天線太大，不容易轉(zhuǎn)動(dòng)，一般只能作為垂直飛行及懸停的直升機(jī)。為對(duì)目標(biāo)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)視，彌補(bǔ)無(wú)人偵察機(jī)留空時(shí)間短、對(duì)同一目標(biāo)反復(fù)偵察時(shí)所

需航次多等不足，長(zhǎng)時(shí)間留空無(wú)人機(jī)便應(yīng)運(yùn)而生。如美國(guó)洛克希德公司的微波動(dòng)力

無(wú)人機(jī)，可在高空飛行60天以上，甚至有長(zhǎng)時(shí)間留空無(wú)人機(jī)最大續(xù)航時(shí)間可達(dá)1年，

可對(duì)目標(biāo)進(jìn)行連續(xù)不斷的監(jiān)視。02

無(wú)人機(jī)的種類與載人預(yù)警機(jī)相比，預(yù)警無(wú)人機(jī)的經(jīng)濟(jì)性好、費(fèi)效比低且生存能力強(qiáng)。預(yù)警無(wú)人機(jī)與載人預(yù)警機(jī)一樣，集預(yù)警、指揮、控制和通信功能干一身，可起到活動(dòng)雷達(dá)站和空中指揮中心的作用。平時(shí)可用來(lái)進(jìn)行空中值勤，監(jiān)視敵方行動(dòng)，戰(zhàn)時(shí)可加大預(yù)警距離，擴(kuò)大己方的攔截線并且可以通過(guò)它統(tǒng)一控制戰(zhàn)區(qū)內(nèi)的所有防空武器，有效指揮三軍作戰(zhàn)。預(yù)警無(wú)人機(jī)既可單獨(dú)作用，又可與載人預(yù)警機(jī)配合使用。單獨(dú)使用時(shí)，預(yù)警無(wú)人機(jī)利用下行數(shù)據(jù)傳輸線，將所獲得的情報(bào)信息傳到地面指揮控制中心。配合使用時(shí)，預(yù)警無(wú)人機(jī)率先部署在200～300公里外，將所獲得的

情報(bào)發(fā)送給載人預(yù)警機(jī)，以此擴(kuò)大預(yù)警范圍，避免載人預(yù)警機(jī)穿行于危險(xiǎn)區(qū)域。美

國(guó)格魯門公司研制的D754就是一種典型的預(yù)警無(wú)人機(jī)。該機(jī)裝有新型機(jī)載共形相

控陣?yán)走_(dá)，能夠在復(fù)雜電子環(huán)境中探測(cè)和識(shí)別像巡航導(dǎo)彈這樣的低空飛行目標(biāo)。此

外，機(jī)上還裝有紅外等多種傳感器。02

無(wú)人機(jī)的種類7.2.4智能軍用無(wú)人機(jī)為使無(wú)人機(jī)真正成為“空中士兵”，國(guó)外正在積極發(fā)展智能無(wú)人機(jī)。如英國(guó)塞肯公司的“塞肯”觀察與攻擊自動(dòng)飛行器，可在空中監(jiān)視目標(biāo)的同時(shí)自動(dòng)判斷目標(biāo)的軍事價(jià)值。當(dāng)它認(rèn)為目標(biāo)值得攻擊時(shí)，就自動(dòng)調(diào)整飛行狀態(tài)，精確地向目標(biāo)發(fā)起俯沖攻擊。（1）反導(dǎo)彈無(wú)人機(jī)。為對(duì)付日益增多的地對(duì)地戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈的攻擊，國(guó)外正積極研制用于攔截導(dǎo)彈的無(wú)人機(jī)。這種無(wú)人機(jī)可在距所防衛(wèi)目標(biāo)較遠(yuǎn)處擊毀來(lái)襲導(dǎo)彈，從而克服“愛(ài)國(guó)者”、C-300等一類反導(dǎo)彈攔截距離近、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、攔截成功后的殘?bào)w仍對(duì)目標(biāo)有一定損害等的作用不足。02

無(wú)人機(jī)的種類（2）隱身無(wú)人機(jī)。美國(guó)洛克希德公司、馬丁公司和波音公司聯(lián)合研制的世界上第一種隱身無(wú)人機(jī)――蒂爾-3（綽號(hào)“暗星”）。該機(jī)外形奇特，機(jī)翼碩大，機(jī)身扁平，有頭無(wú)尾。之所以采用這種奇特的外形，主要是為了減小雷達(dá)反射截面積，以增強(qiáng)隱身性能。機(jī)身的底部涂成黑色，也是基于此種考慮。該機(jī)在1.37萬(wàn)高度可巡航8小時(shí)，活動(dòng)半徑1800公里，巡航速度每小時(shí)240公里。據(jù)介紹，該機(jī)將裝備合成孔徑雷達(dá)或電光探測(cè)設(shè)備，在續(xù)航8小時(shí)時(shí)，總監(jiān)視覆蓋面積為4.8萬(wàn)平方千米；在1米分辨率時(shí)，

搜索速度為每小時(shí)5480公里；能顯示0.3米的目標(biāo)象點(diǎn)；

單機(jī)可截獲目標(biāo)600個(gè)。該機(jī)還具有自主起飛、自動(dòng)巡航、

脫離和著陸的能力，而且可在飛行中改變自己的飛行程序，

以執(zhí)行新的任務(wù)。圖7-18隱身無(wú)人機(jī)“暗星”02

無(wú)人機(jī)的種類（3）世界最小無(wú)人機(jī)。2013年初，駐阿富汗英軍部隊(duì)成為目前世界上最為先進(jìn)的微型遙控?zé)o人偵察機(jī)的第一批使用者。這款名為“黑色大黃蜂”的微型無(wú)人偵察機(jī)的尺寸大約為10cm×2.5cm，看起來(lái)像一個(gè)兒童玩具，攜帶方便，并可以在惡劣的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下發(fā)揮優(yōu)良的工作性能。該款無(wú)人機(jī)裝備了一部微型攝像頭，可以為地面作戰(zhàn)部隊(duì)提供動(dòng)態(tài)圖像或是靜態(tài)照片等重要的戰(zhàn)場(chǎng)情報(bào)。士兵可以使用其對(duì)街

角、圍墻或是其他障礙物進(jìn)行偵察，以預(yù)知這些視

覺(jué)死角后方潛在的危險(xiǎn)。這些圖像資料將會(huì)在一部

手持終端機(jī)上呈現(xiàn)。

圖7-19黑色大黃蜂無(wú)人機(jī)02

無(wú)人機(jī)的種類（4）空戰(zhàn)無(wú)人機(jī)。為減少有人駕駛飛機(jī)在空戰(zhàn)中的損失，用于空對(duì)空交戰(zhàn)的無(wú)人機(jī)也正在研究。由于無(wú)人機(jī)機(jī)動(dòng)時(shí)不受飛行員抗過(guò)載能力的限制，空戰(zhàn)時(shí)可進(jìn)行超常規(guī)機(jī)動(dòng)，對(duì)導(dǎo)彈等高速攻擊武器可進(jìn)行有效的規(guī)避。同時(shí)，由于無(wú)人機(jī)被敵方機(jī)載雷達(dá)截獲的概率低，故在空戰(zhàn)中的損失要大大低于有人駕駛飛機(jī)。例如，美國(guó)研制的高機(jī)動(dòng)空中格斗無(wú)人機(jī)，在與F-4“鬼怪”式戰(zhàn)斗機(jī)進(jìn)行空戰(zhàn)格斗試驗(yàn)中，曾成功地躲避開(kāi)F-4發(fā)射的“麻雀”導(dǎo)彈的攻擊，并占領(lǐng)了F-4后側(cè)有利的攻擊位置。另外，美國(guó)還在進(jìn)行“天眼”無(wú)人機(jī)攜載輕標(biāo)槍和“針刺”空對(duì)空導(dǎo)彈的試驗(yàn)，用于與直升機(jī)、攻擊機(jī)空戰(zhàn)。無(wú)人機(jī)的構(gòu)造0303

無(wú)人機(jī)的構(gòu)造一般而言，各種無(wú)人機(jī)的結(jié)構(gòu)大同小異，構(gòu)成基本相同，所具有的不同主要還是體現(xiàn)在品牌特色方面。圖7-20固定翼無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖03

無(wú)人機(jī)的構(gòu)造一般四旋翼無(wú)人機(jī)的旋翼對(duì)稱分布在機(jī)體的前后、

左右四個(gè)方向，四個(gè)旋翼處于同一高度平面，且四

個(gè)旋翼的結(jié)構(gòu)和半徑都相同，四個(gè)電機(jī)對(duì)稱的安裝

在飛行器的支架端，支架中間空間安放飛行控制計(jì)

算機(jī)和外部設(shè)備，結(jié)構(gòu)形式如右圖所示。

圖7-21四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)形式03

無(wú)人機(jī)的構(gòu)造例如，多旋翼無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)組成包括：（1）機(jī)架：指多旋翼飛行器的機(jī)身架，是整個(gè)飛行系統(tǒng)的飛行載體。一般使用高強(qiáng)度重量輕的材料，例如碳纖維、PA66+30GF等材料。（2）電機(jī)：由電動(dòng)機(jī)主體和驅(qū)動(dòng)器組成，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。在整個(gè)飛行系統(tǒng)中，起到提供動(dòng)力的作用。相當(dāng)于無(wú)人機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)。多旋翼無(wú)人機(jī)的各個(gè)“翅膀”處于同一高度，由支架端的電機(jī)提供動(dòng)力。（3）電調(diào)：電調(diào)全稱電子調(diào)速器，簡(jiǎn)稱ESC。在整個(gè)飛行系統(tǒng)中，電調(diào)主要提供驅(qū)動(dòng)電機(jī)的指令，來(lái)控制電機(jī)，完成規(guī)定的速度和動(dòng)作等。相當(dāng)于無(wú)人機(jī)的變速箱。03

無(wú)人機(jī)的構(gòu)造（4）槳葉：槳葉是通過(guò)自身旋轉(zhuǎn)，將電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)功率轉(zhuǎn)化為動(dòng)力的裝置。在整個(gè)飛行系統(tǒng)中，槳葉主要起到提供飛行所需的動(dòng)能。按材質(zhì)一般可分為尼龍槳，碳纖維槳和木槳等。相當(dāng)于汽車的輪胎。（5）電池：電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。在整個(gè)飛行系統(tǒng)中，電池作為能源儲(chǔ)備，為整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)和其他電子設(shè)備提供電力來(lái)源。目前在多旋翼飛行器上，一般采用普通鋰聚合物電池或者智能鋰聚合物電池等。（6）遙控系統(tǒng)：遙控系統(tǒng)由遙控器和接收機(jī)組成，是整個(gè)飛行系統(tǒng)的無(wú)線控制終端。接收機(jī)和遙控器是一一配對(duì)的，接收機(jī)負(fù)責(zé)傳送遙控器所發(fā)出的指令給飛行控制系統(tǒng)。03

無(wú)人機(jī)的構(gòu)造此外，無(wú)人機(jī)還有一些組成構(gòu)件是十分重要的，包括：（1）導(dǎo)航（例如北斗或者GPS）。我們每當(dāng)?shù)揭粋€(gè)地方，首先要確定自己的位置，無(wú)人機(jī)也不例外。它配備有一項(xiàng)我們經(jīng)常使用的導(dǎo)航設(shè)備。導(dǎo)航由三部分構(gòu)成：一是地面控制部分，由主控站、地面天線、監(jiān)測(cè)站及通訊輔助系統(tǒng)組成；二是空間部分，由24顆衛(wèi)星組成，分布在6個(gè)軌道平面；三是用戶裝置部分，由導(dǎo)航接收機(jī)和衛(wèi)星天線組成。因此，無(wú)人機(jī)身上需要安裝的就是用戶裝置部分。圖7-22無(wú)人機(jī)GPS03

無(wú)人機(jī)的構(gòu)造（2）陀螺儀。是用高速回轉(zhuǎn)體的動(dòng)量矩敏感殼體相對(duì)慣性空間繞正交于自轉(zhuǎn)軸的一個(gè)或二個(gè)軸的角運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置。陀螺儀的原理就是，一個(gè)旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)軸所指的方向在不受外力影響時(shí)，是不會(huì)改變的。人們根據(jù)這個(gè)道理，用它來(lái)保持方向，制造出來(lái)的東西就叫做陀螺儀。陀螺儀在工作時(shí)要給它一個(gè)力，使它快速旋轉(zhuǎn)起來(lái)，一般能達(dá)到每分鐘幾十萬(wàn)轉(zhuǎn)，可以工作很長(zhǎng)時(shí)間。然后用多種方法讀取軸所指示的方向，并自動(dòng)將數(shù)據(jù)信號(hào)傳給控制系統(tǒng)。03

無(wú)人機(jī)的構(gòu)造陀螺儀被廣泛用于航空、航天和航海領(lǐng)域。這是由于它的兩個(gè)基本特性:一為定軸性，另一是進(jìn)動(dòng)性，這兩種特性都是建立在角動(dòng)量守恒的原則下。根據(jù)需要，陀螺儀器能提供準(zhǔn)確的方位、水平、位置、速度和加速度等信號(hào)，以便駕駛員或用自動(dòng)導(dǎo)航儀來(lái)控制飛機(jī)、艦船或航天飛機(jī)等航行體按一定的航線飛行，而在導(dǎo)彈、衛(wèi)星運(yùn)載器或空間探測(cè)火箭等航行體的制導(dǎo)中，則直接利用這些信號(hào)完成航行體的姿態(tài)控制和軌道控制。03

無(wú)人機(jī)的構(gòu)造（3）加速度傳感器。一般而言，為了讓無(wú)人機(jī)飛得更穩(wěn)，只有陀螺儀是不夠的，還需要加速度傳感器的配合。究其原因，這是由每種傳感器自身的局限性所決定的。陀螺儀輸出的是角速度，要通過(guò)積分才能獲得角度，但是即使在零輸入狀態(tài)時(shí)，陀螺儀仍是有輸出的，它的輸出是白噪聲和慢變隨機(jī)函數(shù)的疊加，受此影響，在積分的過(guò)程中，必然會(huì)引進(jìn)累計(jì)誤差，積分時(shí)間越長(zhǎng)，誤差就越大。這時(shí)候，便需要加速度傳感器的加入，利用加速度傳感器來(lái)對(duì)陀螺儀進(jìn)行校正。03

無(wú)人機(jī)的構(gòu)造由于加速度傳感器可以利用力的分解原理，通過(guò)重力加速度在不同軸向上的分量來(lái)判斷傾角。同時(shí)，它沒(méi)有積分誤差，加速度傳感器在相對(duì)靜止的條件下，可以有效校正陀螺儀的誤差。但在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，加速度傳感器輸出的可信度就要下降，因?yàn)樗鼫y(cè)量的是重力和外力的合力。無(wú)人機(jī)在應(yīng)用中比較常見(jiàn)的算法就是利用互補(bǔ)濾波，即結(jié)合加速度傳感器和陀螺儀的輸出，來(lái)算出角度變化。03

無(wú)人機(jī)的構(gòu)造（4）紅外線測(cè)距裝置。GPS、陀螺儀、加速度計(jì)、感應(yīng)器、視覺(jué)感應(yīng)系統(tǒng)和紅外線測(cè)距裝置等則被放在支架中間。（5）相機(jī)。如果想要最佳質(zhì)量的鏡頭，則相機(jī)的規(guī)格需要認(rèn)真考慮。大多數(shù)型號(hào)（不包括玩具無(wú)人機(jī)）現(xiàn)在都配有內(nèi)置攝像頭，但有些則會(huì)讓允許選擇安裝自己的攝像頭。無(wú)人機(jī)工作原理0404

無(wú)人機(jī)工作原理四旋翼飛行器是一種六自由度的垂直升降機(jī)，通過(guò)調(diào)節(jié)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)改變旋翼轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)升力的變化，從而控制飛行器的姿態(tài)和位置。四旋翼飛行器只有四個(gè)輸入力，同時(shí)卻有六個(gè)狀態(tài)輸出，所以它又是一種欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。參見(jiàn)圖7-20，四旋翼飛行器的電機(jī)1和電機(jī)3逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，電機(jī)2和電機(jī)4順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，因此當(dāng)飛行器平衡飛行時(shí)，陀螺效應(yīng)和空氣動(dòng)力扭矩效應(yīng)均被抵消。在下圖中，電機(jī)1和電機(jī)3作逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，電機(jī)2和電機(jī)4作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，規(guī)定沿x軸正方向運(yùn)動(dòng)稱為向前運(yùn)動(dòng)，箭頭在旋翼的運(yùn)動(dòng)平面上方表示此電機(jī)轉(zhuǎn)速提高，在下方表示此電機(jī)轉(zhuǎn)速下降。04

無(wú)人機(jī)工作原理

圖7-23四旋翼無(wú)人機(jī)工作原理ABCD垂直運(yùn)動(dòng)俯仰與滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)偏航運(yùn)動(dòng)前后運(yùn)動(dòng)04

無(wú)人機(jī)工作原理04

無(wú)人機(jī)工作原理7.4.1垂直運(yùn)動(dòng)同時(shí)增加四個(gè)電機(jī)的輸出功率，旋翼轉(zhuǎn)速增加使得總的拉力增大，當(dāng)總拉力足以克服整機(jī)的重量時(shí)，四旋翼飛行器便離地垂直上升；反之，同時(shí)減小四個(gè)電機(jī)的輸出功率，四旋翼飛行器則垂直下降，直至平衡落地，實(shí)現(xiàn)了沿軸的垂直運(yùn)

動(dòng)。當(dāng)外界擾動(dòng)量為零時(shí)，在旋翼產(chǎn)生的升力等

于飛行器的自重時(shí)，飛行器便保持懸停狀態(tài)。

圖7-24無(wú)人機(jī)垂直運(yùn)動(dòng)04

無(wú)人機(jī)工作原理7.4.2俯仰與滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)在圖7-23（b）中，電機(jī)1的轉(zhuǎn)速上升，電機(jī)3的轉(zhuǎn)速下降（改變量大小應(yīng)相等），電機(jī)2、電機(jī)4的轉(zhuǎn)速保持不變。由于旋翼1的升力上升，旋翼3的升力下降，產(chǎn)生的不平衡力矩使機(jī)身繞y軸旋轉(zhuǎn)，同理，當(dāng)電機(jī)1的轉(zhuǎn)速下降，電機(jī)3的轉(zhuǎn)速上升，機(jī)身便繞y軸向另一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)飛行器的俯仰運(yùn)動(dòng)。與圖7-23（b）的原理相同，在圖7-23（c）中，改變電機(jī)2和電機(jī)4的轉(zhuǎn)速，保持電機(jī)1和電

機(jī)3的轉(zhuǎn)速不變，則可使機(jī)身繞x軸旋轉(zhuǎn)（正向和反向），實(shí)

現(xiàn)飛行器的滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。04

無(wú)人機(jī)工作原理7.4.3偏航運(yùn)動(dòng)旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中由于空氣阻力作用會(huì)形成與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的反扭矩，為了克服反扭矩影響，可使四個(gè)旋翼中的兩個(gè)正轉(zhuǎn)，兩個(gè)反轉(zhuǎn)，且對(duì)角線上的各個(gè)旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同。反扭矩的大小與旋翼轉(zhuǎn)速有關(guān)，當(dāng)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速相同時(shí)，四個(gè)旋翼產(chǎn)生的反扭矩相互平衡，四旋翼飛行器不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速不完全