第2章系統(tǒng)組成及介紹

1、第2章 系統(tǒng)組成及介紹 典型的無人航空器系統(tǒng)是由飛行器平臺、控制站、典型的無人航空器系統(tǒng)是由飛行器平臺、控制站、通訊鏈路、批準(zhǔn)的型號設(shè)計規(guī)定的任何其他部件組通訊鏈路、批準(zhǔn)的型號設(shè)計規(guī)定的任何其他部件組成的系統(tǒng)。成的系統(tǒng)。2.1 飛行器 飛行器是由人類制造、能飛離地面、在大氣層內(nèi)或大氣層外空間飛行的機械飛行物。 在大氣層內(nèi)飛行的稱為航空器。 在大氣層外飛行的稱為航天器。Company LOGO2.1 飛行器 航空器依據(jù)獲得升力的方式不同分為兩大類： 輕于空氣的航空器：依靠空氣的浮力漂浮于空中。 重于空氣的航空器：包括非動力驅(qū)動和動力驅(qū)動。 *無人機系統(tǒng)飛行器平臺主要使用的是重于空氣的動力驅(qū)動的航

2、空器。Company LOGO2.1.1 航空器平臺 固定翼平臺： 固定翼航空器是指由動力裝置產(chǎn)生前進的推力或拉力，由機體上固定的機翼產(chǎn)生升力，在大氣層內(nèi)飛行的重于空氣的航空器。Company LOGO2.1.1.1固定翼平臺 固定翼平臺結(jié)構(gòu)組成：機身：主要作用是裝載設(shè)備、燃料武器等，同時是其他結(jié)構(gòu)部件安裝的 基礎(chǔ)。 機翼：固定翼飛行器產(chǎn)生升力的部件。尾翼：用來配平、穩(wěn)定和操縱飛行器飛行的部件。起落架：用來支撐飛行器停放、滑行、起飛著陸和滑跑的部件。Company LOGO2.1.1.2旋翼平臺 旋翼平臺即旋翼航空器平臺，旋翼航空器是一種重于空氣的航空器，其飛行的升力由一個或多個旋翼與空氣進行

3、相對運動的反作用獲得，與固定翼航空器為相對的關(guān)系。 現(xiàn)代旋翼航空器通常包括直升機、旋翼機、變模態(tài)旋翼機三種類型。Company LOGO2.1.1.2 旋翼平臺 直升機：由一個或多個水平旋翼提供升力和推進力 多軸飛行器：具有三個及三個以上旋翼軸的特殊直升機 旋翼機：旋翼沒有動力，靠前進時的相對氣流吹動旋翼 其他：撲翼機、傾轉(zhuǎn)旋翼機Company LOGO2.1.2 動力裝置 即航空器的發(fā)動機以及保證發(fā)動機正常工作所必須的系統(tǒng)和附件的總稱。 目前主流民用無人機動力系統(tǒng)通常為活塞式發(fā)動機和電動機兩種。Company LOGO2.1.2.1 活塞式 活塞式發(fā)動機也叫往復(fù)式發(fā)動機，一般由發(fā)動機本體、進

4、氣系統(tǒng)、增壓器、點火系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、啟動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)組成。Company LOGO2.1.2.1 活塞式 進氣系統(tǒng)：為發(fā)動機提供提供工作所需的清潔空氣 增壓器：提高發(fā)動機進氣壓力 點火系統(tǒng)：用于點燃經(jīng)混合的燃料和空氣 燃油系統(tǒng)：持續(xù)提供發(fā)動機工作所需的燃油 啟動系統(tǒng)：帶動發(fā)動機曲軸旋轉(zhuǎn)以啟動發(fā)動機Company LOGO2.1.2.2 電動 電動動力系統(tǒng)主要由動力電機、動力電源、調(diào)速系統(tǒng)三部分組成。Company LOGO2.1.2.2電動 動力電機Company LOGO2.1.2.2電動 動力電源Company LOGO2.1.2.2電動 調(diào)速系統(tǒng)Company LOGO2.1

5、.2.3 渦噴 小型渦輪噴氣式發(fā)動機機構(gòu)包含四部分：壓氣機、燃燒室、渦輪、噴管。Company LOGO2.1.2.4 其他 除上述動力系統(tǒng)外，無人機中還有少數(shù)渦軸、渦槳、渦扇等動力裝置的應(yīng)用。渦軸適用于中低空、低速短距/垂直起降無人機和傾轉(zhuǎn)旋翼機。渦槳適用于中高空長航時無人機，渦扇適用于高空長航時無人機和無人戰(zhàn)斗/攻擊機。Company LOGO2.1.2.4 螺旋槳 螺旋槳是一個旋轉(zhuǎn)的翼面，它提供必要的拉力或推力是飛機在空氣中移動。其產(chǎn)生的升力大小依賴于槳葉的形態(tài)、槳葉迎角和發(fā)動機轉(zhuǎn)速。 螺旋槳分為定距螺旋槳和變矩螺旋槳。Company LOGO2.1.2.5 螺旋槳 定距螺旋槳：定距槳不

6、能改變槳距。這種槳只有在一定的空速和轉(zhuǎn)速組合下才能獲得最好的效率。此外，還可以把定距槳分為爬升螺旋槳和巡航螺旋槳兩種類型。（1）爬升螺旋槳有小的槳距，旋轉(zhuǎn)阻力更少。阻力較低導(dǎo)致轉(zhuǎn)速更高，具有更多功率能力，在起飛和爬升時提高了性能，但在巡航飛行時降低了性能。（2）巡航螺旋槳有高槳距，因此旋轉(zhuǎn)阻力更多，更多阻力導(dǎo)致較低的轉(zhuǎn)速和較低的功率能力，降低了起飛和爬升性能，但增加了高速巡航飛行效率。Company LOGO2.1.2.5 螺旋槳 變矩螺旋槳： 恒速螺旋槳是最常見的變矩螺旋槳類型。其主要優(yōu)點是在大的空速和轉(zhuǎn)速組合范圍內(nèi)把發(fā)動機功率的大部分轉(zhuǎn)換成推進馬力。Company LOGO2.1.3 導(dǎo)航

7、飛控系統(tǒng) 導(dǎo)航飛控系統(tǒng)是無人機的關(guān)鍵核心系統(tǒng)之一。導(dǎo)航飛控系統(tǒng)是無人機的關(guān)鍵核心系統(tǒng)之一。 在部分情況下又可劃分為在部分情況下又可劃分為導(dǎo)航子系統(tǒng)導(dǎo)航子系統(tǒng)和和飛控子系統(tǒng)飛控子系統(tǒng)兩部分兩部分。Company LOGO2.1.3 導(dǎo)航飛控系統(tǒng) 導(dǎo)航子系統(tǒng)的功能是向無人機提供相對于所選定的參考坐標(biāo)系的位置、速度、飛行姿態(tài)，引導(dǎo)無人機沿指定航線安全、準(zhǔn)時、準(zhǔn)確的飛行。完善的無人機導(dǎo)航子系統(tǒng)具有以下功能：（1）獲得必要的導(dǎo)航要素，包括高度、速度、姿態(tài)、航向。（2）給出滿足精度要求的定位信息，包括經(jīng)度、緯度。（3）引導(dǎo)飛機按規(guī)定計劃飛行。（4）接收預(yù)定任務(wù)航線計劃的裝定，并對任務(wù)航線的執(zhí)行進行動態(tài)管理

8、。（5）接收控制站的導(dǎo)航模式控制指令并執(zhí)行，具有指令導(dǎo)航式與預(yù)定航線飛行模式相互切換的功能。（6）具有接收并融合無人機其他設(shè)備的輔助導(dǎo)航定位信息的能力。（7）配合其他系統(tǒng)完成各種任務(wù)。Company LOGO2.1.3 導(dǎo)航飛控系統(tǒng) 飛控子系統(tǒng)是無人機完成起飛、空中飛行、執(zhí)行任務(wù)、返場回收等整個飛行過程的核心系統(tǒng)，對無人機實現(xiàn)全權(quán)控制與管理，因此飛控子系統(tǒng)是執(zhí)行任務(wù)的關(guān)鍵。飛控子系統(tǒng)主要具有如下功能：（1）無人機姿態(tài)穩(wěn)定與控制。（2）與導(dǎo)航子系統(tǒng)協(xié)調(diào)完成航跡控制。（3）無人機起飛與著陸控制。（4）無人機飛行管理。（5）無人機任務(wù)設(shè)備管理與控制。（6）應(yīng)急控制。（7）信息收集與傳遞。Compan

9、y LOGO2.1.3.1 傳感器 無人機導(dǎo)航飛控系統(tǒng)常用的傳感器包含：1.角速率傳感器：用于感受無人機繞機體軸的轉(zhuǎn)動角速率2.姿態(tài)傳感器：用于感受無人機的俯仰、滾轉(zhuǎn)和航向角度3.高度、空速傳感器：用于感受無人機的飛行高度和空速4.位置傳感器：用于感受無人機的位置，是飛行軌跡控制的必要前提 這些傳感器構(gòu)成無人機導(dǎo)航飛控系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。Company LOGO2.1.3.2 飛控計算機 導(dǎo)航飛控計算機，簡稱飛控計算機，是導(dǎo)航飛控系統(tǒng)的核心部件，從無人機飛行控制的角度來看，飛控計算機應(yīng)具備如下功能： （1）姿態(tài)穩(wěn)定與控制 （2）導(dǎo)航與制導(dǎo)控制 （3）自主飛行控制 （4）自動起飛、著陸控制Compa

10、ny LOGO2.1.3.3 執(zhí)行機構(gòu) 無人機執(zhí)行機構(gòu)都是伺服作動設(shè)備，是導(dǎo)航飛控系統(tǒng)的無人機執(zhí)行機構(gòu)都是伺服作動設(shè)備，是導(dǎo)航飛控系統(tǒng)的重要組成部分。其功能是根據(jù)飛控計算機的指令，按規(guī)重要組成部分。其功能是根據(jù)飛控計算機的指令，按規(guī)定的靜態(tài)和動態(tài)要求，通過對無人機各舵面和發(fā)動機節(jié)定的靜態(tài)和動態(tài)要求，通過對無人機各舵面和發(fā)動機節(jié)氣風(fēng)門等的控制，實現(xiàn)對無人機飛行的控制。氣風(fēng)門等的控制，實現(xiàn)對無人機飛行的控制。Company LOGO2.1.3.3 執(zhí)行機構(gòu) 伺服執(zhí)行機構(gòu)的類型：電動伺服執(zhí)行機構(gòu)：通常由電機、測速裝置、位置傳感器、齒輪傳動裝置、驅(qū)動電路等組成。電液伺服執(zhí)行機構(gòu)：通常由電液伺服閥、作動

11、筒和位置傳感器等組成。氣動伺服執(zhí)行機構(gòu)：通常由電磁控制活門、作動筒和位置傳感器等組成。*通常意義上的舵機即是一種電動伺服執(zhí)行機構(gòu)。Company LOGO2.1.4 電氣系統(tǒng) 電氣系統(tǒng)是無人機系統(tǒng)的一個重要組成部分，它的工作狀態(tài)及運行質(zhì)量將直接影響無人機和全系統(tǒng)的正常工作。 無人機電氣系統(tǒng)一般包括電源、配電系統(tǒng)、用電設(shè)備三個部分，電源和配電系統(tǒng)兩者的組合統(tǒng)稱為供電系統(tǒng)。供電系統(tǒng)的功能是向無人機各用電系統(tǒng)或設(shè)備提供滿足預(yù)定設(shè)計要求的電能。Company LOGO2.1.5 任務(wù)設(shè)備 任務(wù)設(shè)備按用途分類，可以分為偵察搜索設(shè)備、測繪設(shè)備、軍用專用設(shè)備、民用專用設(shè)備等。 常用的偵搜設(shè)備有光電平臺、SR

12、A雷達(dá)、激光測距儀等，而測繪設(shè)備則是測繪雷達(dá)、航拍相機等。Company LOGO2.1.6 空中交通管制設(shè)備 隨著國內(nèi)無人機產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，為了系統(tǒng)的安全運行，無人機空中交通管制的需求越來越強烈。 按照行業(yè)相關(guān)發(fā)展規(guī)劃，未來在融合空域運行的無人機系統(tǒng)或所有大型無人機系統(tǒng)必須安裝專用的空中交通管制設(shè)備。 未來所有在隔離空域運行的小、輕、微型無人機系統(tǒng)處于成本和載重原因可以不安裝專用的空中交通管制設(shè)備，但是必須安裝由行業(yè)協(xié)會授權(quán)的可以聯(lián)網(wǎng)、實時受到監(jiān)控的自駕系統(tǒng)。Company LOGO2.2 控制站 指揮控制與任務(wù)規(guī)劃是無人機地面站的主要功能。無人機地面站也稱控制站、遙控站或任務(wù)規(guī)劃與控制站。

13、 無人機地面站系統(tǒng)的功能通常包括：指揮調(diào)度、任務(wù)規(guī)劃、操作控制、顯示記錄等功能。Company LOGO2.2.1 系統(tǒng)組成 標(biāo)準(zhǔn)的無人機地面站通常由數(shù)據(jù)鏈路控制、飛行控制、載荷數(shù)據(jù)處理四類硬件設(shè)備機柜構(gòu)成，主要包括以下內(nèi)容：1.指揮處理中心：主要是制定無人機飛行任務(wù)、完成無人機載荷數(shù)據(jù)的處理和應(yīng)用。2.無人機控制站：無人機控制站主要是由飛行操縱、任務(wù)載荷控制、數(shù)據(jù)鏈路控制和通信指揮等組成，可完成對無人機機載任務(wù)載荷等的操縱控制。3.載荷控制站：載荷控制站與無人機控制站的功能類似，但載荷控制站只能控制無人機的機載任務(wù)設(shè)備，不能進行無人機的飛行控制。Company LOGO2.2.2 顯示系統(tǒng)

14、地面控制站內(nèi)的飛行控制席位、任務(wù)設(shè)備控制席位、數(shù)據(jù)鏈管理席位都設(shè)有相應(yīng)分系統(tǒng)的顯示裝置，因此需要綜合規(guī)劃，確定所顯示內(nèi)容、方式、范圍。主要的顯示內(nèi)容包括以下三個方面：1.飛行參數(shù)綜合顯示：飛行參數(shù)顯示可根據(jù)飛行與任務(wù)需要，選擇需要的系統(tǒng)信息予以顯示，便于無人機駕駛員判讀，如飛行導(dǎo)航信息、數(shù)據(jù)鏈狀態(tài)信息、設(shè)備狀態(tài)信息、指令信息等。2.告警：告警信息包括視覺告警和聽覺告警，按級別又可分為提示、注意和警告三個級別。3.地圖航跡顯示：地圖航跡顯示可為無人機駕駛員提供無人機位置等導(dǎo)航信息。包括導(dǎo)航信息顯示、航跡繪制顯示及地理信息的顯示。Company LOGO2.2.3 操縱系統(tǒng) 無人機操縱與控制主要包

15、括起降操縱、飛行控制、任務(wù)設(shè)備（載荷）控制和數(shù)據(jù)鏈管理等。Company LOGO2.2.3.1 起降操縱 起降階段是無人機操縱中最難的控制階段，根據(jù)無人機不同類別及起飛重量，其起降操縱方式也有所不同。 1.起飛（發(fā)射）方式： 手拋、彈射、零長發(fā)射、投放發(fā)射、滑跑起飛。 2.回收方式： 傘降回收、撞網(wǎng)回收、氣囊回收、滑跑降落。Company LOGO2.2.3.2 飛行控制 飛行控制是指采用遙控方式對無人機在空中整個飛行過程的控制。遙控方式是通過數(shù)據(jù)鏈路對無人機實施的飛行控制操縱，一般包括：1.舵面遙控：由控制站上的操縱桿直接控制無人機舵面。2.姿態(tài)遙控：在姿態(tài)穩(wěn)定控制機構(gòu)的基礎(chǔ)上控制無人機的俯仰角、滾轉(zhuǎn)角和偏航角。3.指令控制：通過上行鏈路發(fā)送控制指令，機載計算機收到指令后按預(yù)定的控制模式執(zhí)行。Company LOGO2.2.3.3 任務(wù)設(shè)備控制 任務(wù)設(shè)備控制是地面站任務(wù)操縱人員通過任務(wù)控制單元，發(fā)送任務(wù)控制指令，控制機載任務(wù)設(shè)備工作。同時，地面站任務(wù)控制單元處理并顯示機載任務(wù)設(shè)備工作狀態(tài)，供任務(wù)操縱人員判讀和使用。Company LOGO2.2.3.4 數(shù)據(jù)鏈管