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現(xiàn)在好多人都在學(xué)無人機(jī),無人機(jī)到底是個什么?

   2021-05-28 5880
核心提示:你好,無人機(jī)是一種由無線電遙控設(shè)備或自身程序控制裝置操縱的無人駕駛飛行器。從技術(shù)角度定義可以分為:無人直升機(jī)、無人固定翼
你好,無人機(jī)是一種由無線電遙控設(shè)備或自身程序控制裝置操縱的無人駕駛飛行器。從技術(shù)角度定義可以分為:無人直升機(jī)、無人固定翼機(jī)、無人多旋翼飛行器、無人飛艇、無人傘翼機(jī)這幾大類。無人機(jī)用途廣泛,成本低,效費(fèi)比好;無人員傷亡風(fēng)險;生存能力強(qiáng),機(jī)動性能好,使用方便,在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中有極其重要的作用,在民用領(lǐng)域更有廣闊的前景。(南京通航無人機(jī))1、無人機(jī)(UAV)的概念

無人機(jī)(Unmanned Aerial Vehicle)就是利用無線遙控或程序控制來執(zhí)行特定航空任務(wù)的飛行器,指不搭載操作人員的一種動力空中飛行器,采用空氣動力為飛行器提供所需的升力,能夠自動飛行或遠(yuǎn)程引導(dǎo);既能一次性使用也能進(jìn)行回收。
2、無人機(jī)系統(tǒng)的一般組成
無人機(jī)系統(tǒng)包括地面系統(tǒng)、飛機(jī)系統(tǒng)、任務(wù)載荷和無人機(jī)使用保障人員。
系統(tǒng)
3、無人機(jī)的一般分類
按用途分:
勁鷹航拍無人機(jī)、無人偵察機(jī)、靶機(jī)、特種無人機(jī)、誘餌無人機(jī)等。
按飛行方式分:
固定翼無人機(jī)、旋翼無人機(jī)、撲翼無人機(jī)、飛艇。
4、無人機(jī)的飛行控制
無人機(jī)上沒有駕駛員,所以無人機(jī)和飛行靠“遙控”或“自控飛行”。
(1)遙控飛行
遙控即對被控對象繼續(xù)遠(yuǎn)距離控制,主要無線電遙控。
遙控信號:遙控站通過發(fā)射機(jī)向無人機(jī)發(fā)送無線電波,傳遞指令,無人機(jī)上的接收機(jī)接收并譯出指令的內(nèi)容,通過自動駕駛儀按指令操縱舵面,或通過其他接口操縱機(jī)上的任務(wù)載荷。遙控站設(shè)有搜索和跟蹤雷達(dá),他們測量無人機(jī)在任意時刻相對地面的方位角、俯仰角、距離和高度等參數(shù),并把這些參數(shù)輸入到計(jì)算機(jī),計(jì)算后就能繪出無人機(jī)的實(shí)際航跡,與預(yù)定航線比較,就能求出偏差,然后發(fā)送指令進(jìn)行修正。
此外,無人機(jī)還裝備有無線電應(yīng)答器,也叫信標(biāo)機(jī)。它能在收到雷達(dá)的詢問信號后,發(fā)回一個信號給雷達(dá)。由于信標(biāo)機(jī)發(fā)射的信號比無人機(jī)發(fā)射的雷達(dá)信號要強(qiáng)得多,起到增加跟蹤雷達(dá)的探測距離。
下傳信號:遙控指令只包含航跡修正信號是顯然不夠的,在飛行中無人機(jī)會受到各種因素的影響,無人機(jī)的飛行姿態(tài)也在不斷變化,所以指令還需要包括對飛行姿態(tài)的修正內(nèi)容。
無人機(jī)上的傳感器一直在收集自身的姿態(tài)信息,這些信息通過下傳信號送到遙測終端,遙測終端分析這些信息后就能給出飛行姿態(tài)的遙控修正指令。
遙控飛行的利弊:
利:有利于簡化無人機(jī)的設(shè)計(jì),降低制造成本。
弊:受無線電作用距離的限制,限制通訊距離通常只可達(dá)到320KM~480KM;容易受到電子干擾。
(2)自控飛行
自控飛行不依賴地面控制,一切動作都自動完成的飛行。為此,機(jī)上需要有一套裝置來保證飛行航向和飛行姿態(tài)的正確,這套裝置就是導(dǎo)航裝置。通常的導(dǎo)航裝置有:
1.慣性導(dǎo)航
在機(jī)載設(shè)備上,它一般簡稱慣導(dǎo)。慣性導(dǎo)航是以牛頓力學(xué)為基礎(chǔ),依靠安裝在載體內(nèi)部的加速度計(jì)測量載體在三個軸向的加速度,經(jīng)積分運(yùn)算后得到載體的瞬時速度和位置,以及測量載體的姿態(tài)的一種導(dǎo)航方式。慣性導(dǎo)航完全依賴機(jī)載設(shè)備自主完成導(dǎo)航任務(wù),工作時不依賴外界信息,也不向外界輻射能量,不易受到干擾,不受氣象條件限制。
慣導(dǎo)系統(tǒng)是一種航位推算系統(tǒng)。只要給出載體的初始位置及速度,系統(tǒng)就可以實(shí)時地推算出載體的位置速度及姿態(tài)信息,自主地進(jìn)行導(dǎo)航。純慣導(dǎo)系統(tǒng)會隨著飛行航時的增加,因積分積累而產(chǎn)生較大的誤差,導(dǎo)致定位精度隨時間增長而呈發(fā)散趨勢,所以慣導(dǎo)一般與其他導(dǎo)航系統(tǒng)一起工作來提高定位精度。
2.衛(wèi)星導(dǎo)航
全球定位系統(tǒng)(GPS)由美國建立的一套定位系統(tǒng),可以提供全球任意一點(diǎn)的三維空間位置、速度和時間,具有全球性、全天候、連續(xù)的精密導(dǎo)航系統(tǒng)。
全球衛(wèi)星導(dǎo)航分為三部分,包括空間衛(wèi)星部分、地面監(jiān)控、衛(wèi)星接收機(jī)部分。在飛機(jī)上安裝衛(wèi)星接收機(jī)就能得到自身的位置信息和到納秒級的時間信息。
現(xiàn)在全球在使用的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)還有:俄羅斯的glonass,歐洲的伽利略系統(tǒng),還有中國正在建立的北斗系統(tǒng)。
3.多普勒導(dǎo)航
多普勒導(dǎo)航是飛行器常用的一種自主導(dǎo)航系統(tǒng),它的工作原理是多普勒效應(yīng)。
多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)由磁羅盤或陀螺儀、多普勒雷達(dá)和導(dǎo)航計(jì)算機(jī)組成。磁羅盤或陀螺儀類似指北針,用于測出無人機(jī)的航向角,多普勒雷達(dá)不停沿著某個方向向地面發(fā)射電磁波,測出無人機(jī)相對地面的飛行速度以及偏流角。根據(jù)多普勒雷達(dá)提供的地速和偏流角數(shù)據(jù),以及磁羅盤或陀螺儀提供的航向數(shù)據(jù),導(dǎo)航計(jì)算機(jī)就可以不停地計(jì)算出無人機(jī)飛過的路線。
多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)能用于各種氣象條件和地形條件,但由于測量的積累誤差,系統(tǒng)會隨著飛行的距離增加而使誤差加大,所以一般用于組合導(dǎo)航中。
4.組合導(dǎo)航
組合導(dǎo)航是指組合使用兩種或兩種以上的導(dǎo)航系統(tǒng),達(dá)到取長補(bǔ)短,提高導(dǎo)航性能。目前飛行器上實(shí)際使用的導(dǎo)航系統(tǒng)各基本上都是組合導(dǎo)航系統(tǒng),如GPS/慣性導(dǎo)航、多普勒/慣性導(dǎo)航等,其中應(yīng)用最廣的是GPS/慣性導(dǎo)航組合導(dǎo)航系統(tǒng)。
5.地形輔助導(dǎo)航
地形輔助導(dǎo)航是指飛行器在飛行過程中,利用預(yù)先存儲的飛行路線中某些地區(qū)的特征數(shù)據(jù),與實(shí)際飛行過程中測量到的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行不斷比較來實(shí)施導(dǎo)航修正的一種方法。其核心是將地形分成多個小網(wǎng)格,將其主要特征,如平均標(biāo)高等輸入計(jì)算機(jī),構(gòu)成一個數(shù)字化地圖。
地形輔助導(dǎo)航技術(shù)就是利用機(jī)載數(shù)字地圖和無線高度表作為輔助手段來修正慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差,從而構(gòu)成新的導(dǎo)航系統(tǒng)。它與導(dǎo)航方法的根本區(qū)別在于數(shù)字地圖對主導(dǎo)航系統(tǒng)僅能起到輔助修正作用。
地形輔助系統(tǒng)可分為地形匹配、景象匹配等。
◆地形匹配:德邦大為噴霧機(jī)指針式也稱地形高度相關(guān)。其原理是地球表面上任意一點(diǎn)的地理坐標(biāo)都可以根據(jù)其周圍地域的等高線或地貌來當(dāng)值確定。飛行一段時間后,既可以得到真航跡的一串地形標(biāo)高。將測得的數(shù)據(jù)與存儲的數(shù)字地圖進(jìn)行相關(guān)分析,確定飛機(jī)航跡對應(yīng)的網(wǎng)格位置。因?yàn)槭孪却_定了網(wǎng)格各點(diǎn)對應(yīng)的經(jīng)緯度值,這樣就可以使用數(shù)字地圖校正慣導(dǎo)。
◆景象匹配:也稱景象相關(guān)。它與地圖匹配的區(qū)別是,預(yù)先輸入到計(jì)算機(jī)的信息不只是高度參數(shù),還包含了通過攝像等手段獲取的預(yù)定飛行路徑的景象信息,將這些景象數(shù)字化后存儲在機(jī)載設(shè)備上。飛行中,通過機(jī)載攝像設(shè)備獲取飛行路徑中的景象,與預(yù)存數(shù)據(jù)比較,確定飛機(jī)的位置。
自控飛行的利弊:
利:航程加大;自主工作,不需要與地面站聯(lián)系。
弊:復(fù)雜的自主導(dǎo)航系統(tǒng)和控制系統(tǒng),增加了重量,提高了成本。
(3)遙控與自控結(jié)合
現(xiàn)代無人機(jī)在不同的飛行段,交替地采用遙控或自控飛行,這樣可以充分利用遙控和自控兩種控制方式各自的優(yōu)勢,克服彼此的缺陷。
5、無人機(jī)的起飛和著陸
有人駕駛飛機(jī)的起飛和降落是飛行中的兩大“難關(guān)”,無人駕駛飛機(jī)則更是如此。
(1)無人機(jī)的起飛
1.母機(jī)投放
由有人把無人機(jī)帶上天,在適當(dāng)?shù)牡胤酵斗牌痫w,這種方法簡單易行,運(yùn)用靈活,成功率高,并且可增加無人機(jī)的航程。
2.火箭助推
借助固體火箭助推器,無人機(jī)從發(fā)射架上起飛。這種起飛方式占用的發(fā)射場地很小,適合前沿陣地、山區(qū)或船上使用。
3.起飛跑車
將無人機(jī)安裝在帶輪的小車上,靠無人機(jī)的發(fā)動機(jī)推進(jìn),當(dāng)達(dá)到速度后,無人機(jī)脫離小車升空。
這種方式可以使用現(xiàn)成的機(jī)場條件起飛,無需復(fù)雜的起落架,起飛跑車的結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)。
4.垂直起飛
利用直升機(jī)的起飛原理起飛。如:勁鷹2型固定翼垂直起飛無人機(jī),可垂直起落、懸停、大載重、高限時。
5.起落架滑跑起飛
與有人駕駛飛機(jī)一樣,使用本身的起落架滑跑起飛。
6.手發(fā)射
這種發(fā)射方式最簡單,由一人或兩人把握,靠無人機(jī)自身動力起飛。
(2)無人機(jī)的著陸
1.起落架輪滑著陸
與有人駕駛飛機(jī)一樣,使用本身的起落架降落。一般大型無人機(jī)才采用這種方式。
2.降落傘著陸
無人機(jī)采用降落傘懸吊回收。這種方式適合小型無人機(jī),對于大型無人機(jī),由于傘降回收的可靠性不高,操縱困難,損失率高。
3.空中回收
使用大飛機(jī)在空中回收無人機(jī)的方式目前只有美國采用。采用這種回收方式,在大飛機(jī)上必須有空中回收系統(tǒng)。無人機(jī)除了有阻力傘和主傘外,還需有鉤掛傘與吊索和可旋轉(zhuǎn)的脫落機(jī)構(gòu)。大飛機(jī)用掛鉤掛住無人機(jī)的鉤掛傘和吊索,用絞盤絞起無人機(jī),空中懸掛運(yùn)走。這種回收方式不會損傷無人機(jī),但每次回收都要出動大飛機(jī),費(fèi)用高,對大飛機(jī)飛行員的駕駛技術(shù)要求高。
4.攔截網(wǎng)回收
用攔截網(wǎng)系統(tǒng)回收無人機(jī)是目前小型無人機(jī)普遍采用的回收方式之一。攔截網(wǎng)系統(tǒng)通常由攔截網(wǎng)、能量吸收裝置和自動引導(dǎo)設(shè)備組成。能量吸收裝置與攔截網(wǎng)相連,其作用是吸收無人機(jī)撞網(wǎng)的能量,避免無人機(jī)觸網(wǎng)后在網(wǎng)上彈跳不停受損。自動引導(dǎo)設(shè)備一般是一部置于網(wǎng)后的電視攝像機(jī),或是裝在攔截網(wǎng)架上的紅外接收機(jī),由它們及時向地面站報告無人機(jī)返航路線偏差。
5.氣墊著陸
無人機(jī)機(jī)腹四周裝上“橡膠裙邊”,中間有一個帶孔的氣囊。發(fā)動機(jī)把空氣壓入氣囊,壓縮空氣從氣囊孔噴出,在機(jī)腹下形成高壓空氣區(qū)—?dú)鈮|。
氣墊著陸的優(yōu)點(diǎn)是:無人機(jī)能在未經(jīng)平整的地面、泥地、冰雪地或水上著陸,不受地形條件限制。其次大小無人機(jī)都可以使用,回收率高。
6、無人機(jī)飛行平臺
無人機(jī)的飛行平臺主要由六大部分組成:機(jī)身、機(jī)翼、尾翼、起落裝置、飛行自動控制系統(tǒng)和動力系統(tǒng)。
1.機(jī)身
機(jī)身主要用來裝載發(fā)動機(jī)、燃油、任務(wù)設(shè)備、電源、控制操縱系統(tǒng)等,并通過它將機(jī)翼、尾翼、起落架等部件連成一個整體。
2.機(jī)翼
機(jī)翼是飛行器用來產(chǎn)生升力的主要部件。固定翼無人機(jī)的機(jī)翼有平直翼、后掠翼、三角翼等。下圖是一些常見的機(jī)翼:
平直翼比較適用于低速飛行器,后掠翼和三角翼比較適合高速飛行器。
機(jī)翼上一般還有副翼,用于控制飛機(jī)的傾斜,但左右副翼偏轉(zhuǎn)方向不同時,就會產(chǎn)生滾裝力矩,是飛行器產(chǎn)生傾斜運(yùn)動。
3.尾翼
尾翼分垂直尾翼和水平尾翼兩部分。對于一些結(jié)構(gòu)比較特殊的無人機(jī)來說,可能會不設(shè)垂直尾翼或水平尾翼。
垂直尾翼:垂直安裝在機(jī)身尾部,主要功能為保持機(jī)體的方向平衡和操縱。通常垂直尾翼后緣有用于操縱方向的方向舵。
水平尾翼:水平安裝在機(jī)身尾部,主要功能為了保持俯仰平衡和俯仰操縱。
4.起落裝置
起落裝置的功用是使無人機(jī)在地面或水面進(jìn)行起飛、著陸、滑行和停放。
起落裝置對于無人機(jī)來說是形式最多樣的一部分,這是因?yàn)闊o人機(jī)有多種發(fā)射/回收方式。大型無人機(jī)的起落裝置包含起落架和改善起落性能的裝置兩部分,起飛后起落架收起,減少飛行阻力;多數(shù)無人機(jī)的起落架很簡單,飛行時也不收起;對于采用彈射、攔阻網(wǎng)等方式進(jìn)行發(fā)射/回收的小型無人機(jī)就不需要起落架;對于采用手?jǐn)S發(fā)射的小型無人機(jī),就沒有起落裝置;傘降回收的無人機(jī)著陸裝置可以說就是降落傘。
5.飛行自動控制系統(tǒng)
飛行自動控制系統(tǒng)包括控制指令自動形成裝置和傳輸操縱裝置。指令自動形成裝置包括自動駕駛儀和相關(guān)的傳感器、導(dǎo)航設(shè)備;傳輸操縱裝置包括從控制指令輸出點(diǎn)到水平尾翼、副翼、方向舵等操縱面,用來傳遞操縱指令,改變飛行狀態(tài)的所有裝置。
6.動力裝置
飛機(jī)動力裝置是用來產(chǎn)生拉力(如螺旋槳飛機(jī))或推力(如噴氣式飛機(jī)),使飛機(jī)前進(jìn)的裝置?,F(xiàn)代無人機(jī)的動力主要分為渦輪噴氣發(fā)動機(jī)和渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)兩類。 (勁鷹無人機(jī))

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