無人機設計手冊動力裝置pdf

㈠ 無人機關鍵技術有哪些

無人機關鍵技術有哪些

無人機在氣動力設計要求、設計理念方面與有人機存在較大差別。有人機氣動設計通常以航程、速度作為優先優化目標，然而無人機通常以航時作為優先優化目標。那麼，下面是由我為大家分享無人機關鍵技術知識，歡迎大家閱讀瀏覽。

1 能源與動力技術

無人機採用的推進系統形式要比有人飛機多，採用的能源與動力類型各異，包括：傳統的小型渦扇發動機、小型渦噴發動機、小型渦槳發動機、活塞發動機、轉子發動機以及電池組、太陽能電池、燃料電池、超燃沖壓發動機、定向能及核同位素等。

不同用途的無人機對動力裝置的要求不同，但都希望動力裝置燃油經濟性好、重量輕、體積小、可靠性高、成本低、使用維修方便。從經濟因素、可靠性等方面考慮，現階段無人機均採用技術成熟的活塞、渦扇、渦噴、渦槳發動機或在這些發動機基礎上進行適應性改進。活塞式發動機適合於低空低速中小型、長航時無人機;渦扇、渦槳發動機適合於高空長航時無人機以及無人作戰機，這類發動機油耗低，發動機尺寸、重量和推力能與無人機達到較好的匹配;渦噴發動機適合於低成本、短壽命、高機動的靶機或自殺攻擊類無人機。

從長遠發展來看，單純對現有發動機進行改型並不能完全滿足無人機對飛行速度、高速、續航性能等指標的要求，開發適合於無人機使用的發動機十分必要，尤其是中小推力的大涵道比、小尺寸核心機的渦扇發動機，這類發動機將是未來無人機動力裝置發展的重點。此外，開展太陽能、燃料電池、液氫燃料系統等新型能源的應用研究，可為無人機提供更高效的動力源。

2 無人機平台技術

(1)高效氣動力技術。

無人機在氣動力設計要求、設計理念方面與有人機存在較大差別。有人機氣動設計通常以航程、速度作為優先優化目標，然而無人機通常以航時作為優先優化目標。無人機尺寸小、速度低，存在低雷諾數條件下的高升力、高升阻比、高續航因子設計要求。高效氣動力技術是提高無人機性能的重要技術途徑。

(2)隱身技術。

提高無人機的生存能力的關鍵就是降低其可探測性。隨著材料、電磁學、熱力學、空氣動力學等學科的不斷發展，越來越多的新技術也將應用於無人機的隱身設計中，具體包括以下幾個方面。

外形隱身技術。採用翼身高度融合的無尾飛翼布局、內埋式進氣道、二維噴管等設計技術可有效降低雷達反射面積和紅外特徵，提高無人機的隱身能力。

等離子體隱身技術。理論和試驗研究表明，等離子體技術是隱身技術發展的新方向之一，飛行器上安裝的等離子發生器所產生的等離子體能對飛行器關鍵部位進行遮擋，並對雷達照射進行吸收，從而實現飛行隱身。目前，這項技術在研究中暴露出了很多問題，仍有待解決。

主動隱身技術。主動隱身技術是根據照射到飛行器上的電磁波頻率、入射方向等，利用機載有源射頻發射裝置主動地發射與散射回波相位相反、幅度一致的電磁波，實現與散射回波的對消。目前，主動隱身技術尚處於理論與試驗研究階段，但隨著隱身技術的發展，特別是飛行器近場散射特性技術、ESM(電子支援措施) 等技術的發展，主動有源對消隱身技術必將成為未來發展的重點。

(3)氣動彈性技術。為追求長航時性能，無人機通常採用大展弦比布局以盡可能提高升阻比(如一些無人機展弦比達到30以)，採用輕量化機體結構降低飛行重量。但大展弦比布局、輕量化結構與機體強度和剛度要求會產生突出矛盾。

(4)氣動載荷設計技術。滯空型無人機一般飛行速度較低、翼載小、升力大，對於同樣強度的陣風，無人機陣風載荷比有人機大得多。無人機結構強度一般需要將陣風載荷作為主要的設計工況，而陣風載荷大小決定了無人機結構設計的強度。如果以現有輕型飛機、通用飛機的強度設計標准進行無人機載荷設計，無人機結構將付出很大的代價。以輕量化結構為目標，綜合無人機氣動力特性、無人機飛行控制操縱方式、無人機設計壽命等因素開展無人機氣動載荷設計技術是提高無人機綜合性能的重要技術途徑。

(5)復合材料結構技術。無人機以復合材料結構為主，不同類型的無人機對復合材料結構有不同的要求，如大型無人機主要對大尺寸、全復材結構有較高要求，而小型無人機對復合材料結構的要求是低成本、快速加工製造、快速修復等。

3 自主控制技術

根據無人機自主控制的定義和內涵，無人機自主控制的關鍵技術應該包括態勢感知技術、規劃與協同技術、自主決策技術以及執行任務技術4個方面。

(1)態勢感知技術。

實現無人機自主控制必須不斷發展態勢感知技術，通過各種信息獲取設備自主地對任務環境進行建模，包括對三維環境特徵的提取、目標的識別、態勢的評估等。

(2)規劃與協同技術。

規劃與協同技術涉及兩個方面的技術：路徑規劃和協同控制。這兩個方面相互依託，互相聯系。

無人機路徑規劃與重規劃能力是無人機自主控制系統必須具有的，即系統可以根據探測到的態勢變化，實時或近實時地規劃、修改系統的任務路徑，自動生成完成任務的可行飛行軌跡。自主飛行無人機典型的規劃問題是如何有效、經濟地避開威脅，防止碰撞，完成任務目標。

未來無人機的'工作模式包括無人機單機行動和多機編隊協同，協同控制技術主要包括：優化編隊的任務航線、軌跡的規劃和跟蹤、編隊中不同無人機間相互的協調，在兼顧環境不確定性及自身故障和損傷的情況下實現重構控制和故障管理等。

(3)自主決策技術。

對於復雜環境下工作的無人機，必然要求具有較強的自主決策能力，以適應未來的需要。自主決策技術需要解決的主要問題包括：任務設定、編隊中不同無人機協調工作、機群的使命分解等。

(4)執行任務技術。

無人機自主控制發展的最終目的是使它對環境和任務的變化具有快速的反應能力。無人機自主控制應該具有開放的平台結構，並面向任務、面向效能包含最大的可拓展性。先進的無人機自主控制應當提供編隊飛行、多機協同執行任務的能力。

4 網路化通信技術

目前的無人機系統作為相對獨立的系統只在局域使用，未來的戰場在同一空域將充斥著各種功能、各種類型的無人機與戰斗機、直升機。無人機之間、無人機與有人機之間、無人機與地面作戰系統必須進行有機協調，使無人機都成為“全球信息柵格”的一個節點，實現無人機與其他無人機或指揮控制系統之間的互聯、互通、互操作。

針對無人機集群作戰、協同作戰以及網路化作戰的應用需求，應突破無線寬頻分布式動態多址接入、實時魯棒的寬頻傳輸、數據鏈網路頑存等關鍵技術，構建無人機集群數據鏈自適應網路體系，為實現實時、寬頻、安全的無人機集群數據鏈提供技術支撐。

針對無人機寬頻網路多跳中繼動態變化、節點容量受限問題，需要將網路編碼技術與路由技術相結合，通過選擇編碼機會最大的路徑進行傳輸、優化基於網路編碼的節點接入策略、多跳網路節點間信息交換傳輸策略，在不增加時延的情況下提高網路吞吐量，實現網路的大容量傳輸。

5 多任務載荷一體化、平台/任務載荷一體化技術

有效載荷是無人機執行偵察、監視、電子對抗、打擊、戰效評估任務的關鍵因素，應用於無人機的有效載荷包括通用感測器(光電、雷達、信號、氣象、生化)、武器、貨物( 傳單、補給品)等。無人機系統作戰效能不僅僅對任務載荷本身性能有較高的要求，而且必須滿足無人機尺寸、重量、功耗、隱身等裝機要素約束以及成本要求。隨著電子、通信、計算機等技術的進步，無人機的感測器技術發展主要表現在以下幾個方面。

多光譜/超光譜探測技術。該技術可探測可見光和紅外區域的幾十個甚至幾百個頻段，它利用檢測低反差目標的雜波抑制和光譜識別可以降低誤判率，極大提高了目標識別和探測的准確性，常用於探測隱蔽或普通偽裝的目標。

先進的合成孔徑雷達技術。相對於光電/紅外探測系統，合成孔徑雷達能在夜間以及能見度低的惡劣天氣條件下工作，以高解析度進行大范圍成像偵察，但其設備重量和功耗均較大，只適合於大型無人機裝載使用。隨著輕型天線和緊湊信號處理裝置等技術的進步，合成孔徑雷達有向小型化發展的趨勢，並可裝備於中小型的戰術無人機。

激光雷達技術。激光雷達具有解析度高、隱蔽性好、低空探測性能好、體積小、重量輕等顯著優勢，不但可以探測“樹下目標”，還可以對目標進行分類，為指揮人員提供精確的目標信息。將激光雷達技術與無人機相結合，必將發揮更大的作用。然而當遇到大雨、濃霧、濃煙等惡劣天氣時，激光衰減急劇加大，而且大氣環流還會導致激光光束發生畸變、抖動，直接影響激光雷達的測量精度。

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㈢ 無人機設計原理

無人機工作原理：無人機利用旋翼實現前進和停止。力的相對性意味著旋翼推動空氣時，空氣也會反向推動旋翼。這是無人機能夠上上下下的基本原理。進而，旋翼旋轉地越快，升力就越大，反之亦然。而要使無人機向右轉，則需要降低旋翼1的角速度。但是，雖然來自旋翼1的推力缺失能使無人機改變運動方向，但與此同時向上的力不等於向下的重力，所以無人機會下降。

無人機是對稱的。這同樣適用於側向運動。一架四輪無人機就像一輛每一面都可作為正面的車，所以了如何向前也就解釋了如何向後或向兩側移動的問題。

無人機是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機，或者由車載計算機完全地或間歇地自主地操作。

無人機由飛機機體、飛控系統、數據鏈系統、發射回收系統、電源系統等組成。飛行管理與控制系統，相當於無人機系統的「心臟」部分，對無人機的穩定性、數據傳輸的可靠性、精確度、實時性等都有重要影響，對其飛行性能起決定性的作用。無人機機體的核心就是飛行器控制器——主控MCU。

無人機MCU是飛控子系統的核心部分，飛控系統是無人機完成起飛、空中飛行、執行任務和返場回收等整個飛行過程的核心系統，飛控對於無人機相當於駕駛員對於有人機的作用，我們認為是無人機最重要的技術之一。

除了無人機MCU，無人機還需要陀螺儀、加速計、地磁感應、氣壓感測器，超聲波感測器、光流感測器、GPS模塊等想互協助工作方可完成飛行。

㈣ 無人機的構造由哪幾部分組成

1、無人飛行器分系統：機體、動力裝置、飛行控制與管理設備等；

2、任務設備分系統：戰場偵察校射設備、電子對抗設備、通信中繼設備、攻擊任務設備、電子技術偵察設備、核生化探測設備、戰場測量設備、靶標設備等；

3、測控與信息傳輸分系統：無線電遙控/遙測設備、信息傳輸設備、中繼轉發設備等；

4、指揮控制分系統：飛行操縱與管理設備、綜合顯示設備、地圖與飛行航跡顯示設備、任務規劃設備、記錄與回放設備、情報處理與通信設備、其他情報和通信信息介面等；

5、發射與回收分系統：與發射(起飛)和回收(著陸)有關的設備或裝置，如發射車、發射箱、助推器、起落架、回收傘、攔阻網等；

6、保障與維修分系統：基層級保障維修設備，基地級保障維修設備等。

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工作流程

(1)開始界面：快捷實現任務的規劃，進入任務監控界面，實現航拍任務的快速自動歸檔，各功能劃分開來，實現軟體運行的專一而穩定。

(2)航前檢查：為保證任務的安全進行，起飛前結合飛行控制軟體進行自動檢測，確保飛機的GPS、羅盤、空速管及其俯仰翻滾等狀態良好，避免在航拍中危險情況的發生。

(3)飛行任務規劃：在區域空照、導航、混合三種模式下進行飛行任務的規劃。

(4)航飛監控：實時掌握飛機的姿態、方位、空速、位置、電池電壓、即時風速風向、任務時間等重要狀態，便於操作人員實時判斷任務的可執行性，進一步保證任務的安全。

(5)影像拼接：航拍任務完成後，導航航拍影像進行研究區域的影像拼接。

無人機航模大賽：

1、世界大學生航空設計大賽創辦於1986年，目前是水平最高的世界大學生無人機航模賽事，堪稱科研類無人機航模賽事的「世界盃」。

2、飛網—」高安杯「全國無人機航空模型業余選手大獎賽，於2003年開始第一屆，目前國內連續成功舉辦了六屆，國內具有一定的影響力。

3、「中航工業杯」國際無人飛行器創新大賽，於2011年開始舉辦第一屆，目前已舉辦三屆。

4、「科研類全國航空航天模型錦標賽」於2004年開始舉辦，至2015年已舉辦11屆。從最初四所學校發展到七十多所學校。科研類錦標賽旨在提高學生身體素質的同時，結合相關科研任務，進一步挖掘、拓展高校學生及科研院所相關人員的科技創新能力，為培養航空工業和國防後備力量搭建一個發掘創新人才、檢驗創新作品的平台。