无人机和直升机

1、无人机无人机无人驾驶飞机无人驾驶飞机Unmanned Air Vehicle （UAV）第七讲第七讲无人机概述无人机概述1、无人机的概念及其作用、无人机的概念及其作用2、无人机的发展历程、无人机的发展历程3、无人机系统构成及分类、无人机系统构成及分类4、典型无人机介绍、典型无人机介绍第一节第一节 无人机的概念及作用无人机的概念及作用1、无人机无人机：指无人驾驶、自主推进，由无线电遥指无人驾驶、自主推进，由无线电遥控或自身程序控制，利用空气动力承载飞行并可控或自身程序控制，利用空气动力承载飞行并可回收重复使用的飞行器。回收重复使用的飞行器。 2、军事作用军事作用：空中侦查、电子干扰、通信中继、空

2、中侦查、电子干扰、通信中继、目标定位、激光制导、战场监视、边境巡逻和战目标定位、激光制导、战场监视、边境巡逻和战斗评估斗评估 、精确打击、定点轰炸、拦截导弹等精确打击、定点轰炸、拦截导弹等3、民用作用民用作用：航空摄影、灾情检测、地球物理探航空摄影、灾情检测、地球物理探矿、气象探测、道路巡视、交通管理、电力线路矿、气象探测、道路巡视、交通管理、电力线路查询等查询等 第二节第二节 无人机发展历程无人机发展历程1、上世纪上世纪5050至至6060年代，用作防空兵器性能鉴定和部队年代，用作防空兵器性能鉴定和部队 训练的靶机；训练的靶机； 2、上世纪上世纪7070年代以后，除用作靶机外，大量用作执年代

3、以后，除用作靶机外，大量用作执行战场军事侦察任务的无人侦察机行战场军事侦察任务的无人侦察机(RPV)(RPV)； 3、8080年代以后，用途更为广泛（军用和民用），此期年代以后，用途更为广泛（军用和民用），此期间无人机的飞行控制与飞行管理也有很大改进，实现间无人机的飞行控制与飞行管理也有很大改进，实现了超视距控制和自主飞行。故国际上不再称了超视距控制和自主飞行。故国际上不再称RPVRPV而改称而改称UAVUAV；4、海湾战争之后，无人机技术获得飞跃式发展，自动海湾战争之后，无人机技术获得飞跃式发展，自动化和智能化程度大大提高，航时大于化和智能化程度大大提高，航时大于24h24h的全天候无人的全

4、天候无人机参与实战。出现了无人战斗机，并很快成为发展热点机参与实战。出现了无人战斗机，并很快成为发展热点。最早的无人机：无线电遥控的飞机最早的无人机：无线电遥控的飞机无人机最初作为靶机来使用无人机最初作为靶机来使用原始的空中靶标：拖靶原始的空中靶标：拖靶台湾：乌龙空军台湾：乌龙空军 20世纪世纪30年代：有人驾驶飞机改装成无人驾驶靶机年代：有人驾驶飞机改装成无人驾驶靶机二战：现役轰炸机改装成无人轰炸机二战：现役轰炸机改装成无人轰炸机改装方法：改装方法：安装自动控制系统；安装自动控制系统；拆掉自卫武器和设备；拆掉自卫武器和设备；V1导弹（德）：无人轰炸机导弹（德）：无人轰炸机世界上第一架完全由控

5、制系统自动导航世界上第一架完全由控制系统自动导航完成全部飞行过程的无人机完成全部飞行过程的无人机二战后，无人机技术得到很大发展二战后，无人机技术得到很大发展：有人驾驶飞机改装成无人机；有人驾驶飞机改装成无人机；无人靶机；无人靶机；无人侦察机；无人侦察机；无人驾驶研究机；无人驾驶研究机；无人作战飞机（无人作战飞机（20世纪世纪90年代）年代）具有攻击作战能力的无人机具有攻击作战能力的无人机Unmanned Combat Air Vehicle（UCAV）无人作战飞机：无人作战飞机：X45美国无人作战飞机会议上公布的未来无人作战飞机任务设想图无人飞机系统无人飞机系统信息无人机信息无人机战斗无人机战

6、斗无人机无人系统使命任务图无人系统使命任务图UASUAS的的1818项能力需求与优先级排序项能力需求与优先级排序任务任务小型（小型（25kg600kg)(600kg)作战（作战（600kg,600kg,攻击平台）攻击平台）侦察侦察1 11 11 11 1精确目标定位与指示精确目标定位与指示2 22 22 22 2信号情报信号情报7 73 33 34 4作战管理作战管理3 34 45 56 6通信与数据中继通信与数据中继8 86 64 47 7反生化侦察反生化侦察5 55 59 98 8作战搜索与救援作战搜索与救援4 47 78 89 9武器化与打击武器化与打击18188 87 73 3电子战电

7、子战121211116 65 5水雷探测、对抗和灭除水雷探测、对抗和灭除6 69 912121111反伪装、隐蔽与防御反伪装、隐蔽与防御1010101013131212信息战信息战1313121211111010数字地图数字地图1515141410101414隐蔽传感器嵌入隐蔽传感器嵌入1111151513131313诱饵与探路诱饵与探路9 9131318181515特种作战部队再补给特种作战部队再补给9 9131314141616GPSGPS伪卫星伪卫星1818171717171717近海潜水战近海潜水战1717181816161818与与UASUAS相关的技术相关的技术（平台（平台 载荷载

8、荷 动力动力 通信）通信）自主与控制（包括规避能力）自主与控制（包括规避能力）认知处理认知处理公共控制公共控制通信（带宽与频谱保障性、作用距离、网络基础设施、数据界面）通信（带宽与频谱保障性、作用距离、网络基础设施、数据界面）合作行为（互连与协同能力，分布式体系结构，数据交换与融合）合作行为（互连与协同能力，分布式体系结构，数据交换与融合）人机综合（指在人机综合（指在UAS这样高度自治的系统中，操作者的作用与影响）这样高度自治的系统中，操作者的作用与影响）投放与回收投放与回收动力系统（尺寸、费用、能量和信号特征最小化，持久与高速）动力系统（尺寸、费用、能量和信号特征最小化，持久与高速）处理器（

9、低功率的新型处理器：应用光子、生物、量子与分子技术）处理器（低功率的新型处理器：应用光子、生物、量子与分子技术）可靠性可靠性生存力生存力武器（高度争议，武器（高度争议，“爬爬-走走-跑跑”三步，对无人系统及其武器的绝对控制三步，对无人系统及其武器的绝对控制）IAIIAI专家对专家对UAVUAV进展与水平的基本估价进展与水平的基本估价The use of UAVs as a core system in the “Coalition Warfare” concept, requires the expansion of the UAV characteristics space in all d

10、imensions.Persistence持续性持续性Safety安全性安全性Reliability可靠性可靠性Connectivity互联性互联性Survivability生存性生存性Operability操作性操作性Future stateCurrent state美国 UCAV-UCASX-45A、X-47A顺利试飞，成功完成武器投放、模拟着舰等重要飞行验证三军联合启动联合无人空战系统(J-UCAS)计划，波音和诺格公司分别获得10亿美元的合同，用于生产3架J-UCAS原型机和配套设备欧洲联合发展UCAV为缩小与美国的差距，进行了欧洲范围的技术合作与分工 “神经元神经元”（Neuron）

11、是由法国领导，瑞典、意大利、西班牙、瑞士和希腊参与的泛）是由法国领导，瑞典、意大利、西班牙、瑞士和希腊参与的泛欧无人战斗机（欧无人战斗机（UCAV）项目）项目 主要特点：隐身，亚音速，远程；自主程度高；重主要特点：隐身，亚音速，远程；自主程度高；重37吨，结构模块化，全复合材料吨，结构模块化，全复合材料 2006年年5月完成初步技术方案设计，验证机预定月完成初步技术方案设计，验证机预定2011年首飞年首飞 20112013年将完成约年将完成约100架次试飞，包括在架次试飞，包括在2012年试射激光制导炸弹年试射激光制导炸弹 第三节第三节 无人机系统构成及分类无人机系统构成及分类构成：构成：无人

12、机无人机主控制站主控制站发射回收控制站发射回收控制站通信系统通信系统1、无人机、无人机系统功能系统功能：整个系统的核心，各种任务载荷的平台：整个系统的核心，各种任务载荷的平台任务载荷系统组成任务载荷系统组成：任务传感器和武器系统任务传感器和武器系统任务载荷系统作用：任务载荷系统作用： (1)(1)侦察和监视（探测、识别、认清）侦察和监视（探测、识别、认清） 可见光成像、红外成像、合成孔径雷达 (2)(2)电子战（检测、利用、阻止或减少敌方对电磁谱的电子战（检测、利用、阻止或减少敌方对电磁谱的使用）使用） 电子支援措施（ESM）、电子对抗措施（ECM） 电子反对抗措施（ECCM） (3)(3)武

13、器的运送发射平台（空地导弹）武器的运送发射平台（空地导弹）2、主控制系统、主控制系统作用作用：实现任务规划实现任务规划，控制无人机到达指定区控制无人机到达指定区 域，完成相应的侦查、作战、摄像等任务域，完成相应的侦查、作战、摄像等任务系统组成系统组成：3、发射回收控制系统、发射回收控制系统作用作用：在无人机起飞场地，控制引导无人机起飞着陆在无人机起飞场地，控制引导无人机起飞着陆4、通信系统、通信系统作用作用：将地面遥控信号发送给无人机，同时将地面遥控信号发送给无人机，同时实时将无人机状态等各种信息传回给主控制站。实时将无人机状态等各种信息传回给主控制站。系统组成系统组成：无人机的飞行控制无人机

14、的飞行控制无无人人机机控控制制方方式式遥控遥控自控自控混合控制混合控制对无人机进行远距离控制对无人机进行远距离控制包括：有线遥控、无线遥控、包括：有线遥控、无线遥控、 声音遥控、光线遥控声音遥控、光线遥控不依赖地面控制，一切动作由无人不依赖地面控制，一切动作由无人机自动完成机自动完成无线电遥控飞行无线电遥控飞行遥控站遥控站发射机发射机遥控指令遥控指令接收机：接收机：接收并译出指令内容接收并译出指令内容自动驾驶仪：自动驾驶仪：按照指令操纵舵面按照指令操纵舵面无线电遥控无线电遥控基本过程基本过程遥遥控控指指令令航迹修正信号航迹修正信号飞行姿态修正信号飞行姿态修正信号使无人机按照规定航向飞行使无人机

15、按照规定航向飞行使无人机按照规定姿态飞行使无人机按照规定姿态飞行为了正确发送遥控指令：为了正确发送遥控指令：遥控站：设有搜索和跟踪雷达、电子计算机；遥控站：设有搜索和跟踪雷达、电子计算机；无人机：安装无线电应答器（信标机）；无人机：安装无线电应答器（信标机）；搜索和跟踪雷达搜索和跟踪雷达计算机计算机信标机信标机测量无人机在任意时刻相对地面的方位角、俯仰测量无人机在任意时刻相对地面的方位角、俯仰角、距离和高度等参数，并把这些参数送入电子角、距离和高度等参数，并把这些参数送入电子计算机计算机通过计算雷达测量的参数绘出无人机的实际航迹，通过计算雷达测量的参数绘出无人机的实际航迹，与预定航迹进行比较，

16、就能够求出偏差，然后才与预定航迹进行比较，就能够求出偏差，然后才能发出指令进行修正能发出指令进行修正收到跟踪雷达询问信号后，发回一个信号给雷达收到跟踪雷达询问信号后，发回一个信号给雷达信标机能够起到增加跟踪雷达探测距离的作用信标机能够起到增加跟踪雷达探测距离的作用无线电遥控飞行的优点：无线电遥控飞行的优点：有利于简化无人机的设计；有利于简化无人机的设计；有利于降低成本；有利于降低成本；提高战术使用的灵活性；提高战术使用的灵活性；无线电遥控飞行的缺点：无线电遥控飞行的缺点：遥控范围受无线电作用距离的限制遥控范围受无线电作用距离的限制 （通常只有（通常只有320-480km320-480km）；）

17、；遥控无线电信号容易受到电子干扰；遥控无线电信号容易受到电子干扰；自控飞行自控飞行无线电遥控飞行：无线电遥控飞行：通过发送遥控指令使无人机按照正确的航向和通过发送遥控指令使无人机按照正确的航向和姿态飞行姿态飞行自控飞行：自控飞行：通过导航装置保证无人机按照正确的航向和姿通过导航装置保证无人机按照正确的航向和姿态飞行；态飞行；无人机无人机 导航系统导航系统罗盘罗盘无线电导航系统无线电导航系统多普勒导航系统多普勒导航系统惯性导航系统惯性导航系统捷联式惯性导航系统捷联式惯性导航系统自控飞行的优点：自控飞行的优点：使无人机航程加大；使无人机航程加大；可独立自主工作，不需要任何地面设备，也不可独立自主工

18、作，不需要任何地面设备，也不需要与地面进行无线电联络，因而不易被敌方需要与地面进行无线电联络，因而不易被敌方发现和受到电子干扰或破坏；发现和受到电子干扰或破坏；自控飞行的缺点：自控飞行的缺点：无人机上需要一套复杂的自主导航和控制系统无人机上需要一套复杂的自主导航和控制系统，既增加了设备重量，又提高了无人机的成本，既增加了设备重量，又提高了无人机的成本无人机分类无人机分类根据续航时间和航程分：根据续航时间和航程分： 长航时无人机（战略无人机）长航时无人机（战略无人机） 捕食者捕食者 搜索者搜索者 中程无人机中程无人机 350型型 D-21 短程无人机短程无人机 先锋先锋 猎犬猎犬 近程无人机近程

19、无人机 “微微V”型型根据军事用途分：根据军事用途分： 靶机靶机 侦察机侦察机 诱饵无人机诱饵无人机 电子干扰无人机电子干扰无人机 攻击无人机攻击无人机 通信中继无人机通信中继无人机 其他用途的无人机其他用途的无人机无人作战飞机无人作战飞机具有攻击作战能力的无人机具有攻击作战能力的无人机Unmanned Combat Air Vehicle（UCAV）1、高机动性、高机动性2、高隐身性、高隐身性3、发射和回收简便、发射和回收简便无人作战飞机的过载设计不受人的生理承受能力无人作战飞机的过载设计不受人的生理承受能力的限制（的限制（1120g）。）。使无人机易于对付高机动或突然出现的目标使无人机易于

20、对付高机动或突然出现的目标无驾驶舱，这就去掉了一个较大的雷达反射面；无驾驶舱，这就去掉了一个较大的雷达反射面；体型小，雷达有效散射面积小，提高隐身性能体型小，雷达有效散射面积小，提高隐身性能具有多种起降方式（垂直起飞、空中投放），使具有多种起降方式（垂直起飞、空中投放），使得无人作战飞机具有较强的灵活性和战场适应能得无人作战飞机具有较强的灵活性和战场适应能力力4、具有自主作战能力、具有自主作战能力5、具有纵深攻击能力、具有纵深攻击能力6、具有全天候高空长航时作战能力、具有全天候高空长航时作战能力通过预先规划和制定飞行路线、作战程序和特殊通过预先规划和制定飞行路线、作战程序和特殊情况处理对策，能

21、够自动规避防空阵地和障碍物，情况处理对策，能够自动规避防空阵地和障碍物，进行目标自动探测、瞄准和实施打击进行目标自动探测、瞄准和实施打击无人作战飞机不存在人员伤亡，因此可不考虑防无人作战飞机不存在人员伤亡，因此可不考虑防空武器的威胁，进行纵深作战空武器的威胁，进行纵深作战无人作战飞机攻击距离远，飞行时间长。无人作战飞机攻击距离远，飞行时间长。 根据作战的需要，可要求设计的无人作战飞机的根据作战的需要，可要求设计的无人作战飞机的续航时间大于续航时间大于20h7、设计成本低、设计成本低8、维护成本低、维护成本低9、训练费用低、训练费用低无人作战飞机不需要设计驾驶员座舱，以及相关无人作战飞机不需要设

22、计驾驶员座舱，以及相关的生命保障系统、环境控制系统、仪表显示系统的生命保障系统、环境控制系统、仪表显示系统等，这就大大降低了无人作战飞机的设计成本等，这就大大降低了无人作战飞机的设计成本无人作战飞机的设备设计模块化、小型化，使用无人作战飞机的设备设计模块化、小型化，使用方便、易于操作和维护方便、易于操作和维护无人作战飞机大量采用虚拟环境训练，这就大大无人作战飞机大量采用虚拟环境训练，这就大大节省了操作人员的培训费用，使得无人作战飞机节省了操作人员的培训费用，使得无人作战飞机的使用成本进一步降低的使用成本进一步降低“鸬鹚鸬鹚” “先锋先锋” “捕食者捕食者” 直升机直升机常规直升机常规直升机 机

23、体结构机体结构机身机身旋翼系统旋翼系统尾桨尾桨机械操纵系统机械操纵系统起落装置起落装置机身机身直升机机身的作用：直升机机身的作用：装载人员、物资和设备；装载人员、物资和设备；把直升机的各个部件系统连接成一个整体；把直升机的各个部件系统连接成一个整体；旋翼系统旋翼系统旋翼系统旋翼系统 功能功能产生升力产生升力产生推力产生推力产生操纵力产生操纵力旋翼系统旋翼系统 组成组成桨叶桨叶桨毂桨毂桨叶：提供升力桨叶：提供升力直升机的飞行原理直升机的飞行原理 桨叶桨叶混合式桨叶混合式桨叶金属桨叶金属桨叶复合材料桨叶复合材料桨叶桨毂：桨叶和旋翼操纵系统的链接装置桨毂：桨叶和旋翼操纵系统的链接装置桨毂形式桨毂形式

24、铰接式铰接式万向节式万向节式跷跷板式跷跷板式无铰式无铰式无轴承式无轴承式尾桨尾桨尾桨尾桨作用作用平衡反扭矩平衡反扭矩对直升机进行航向操纵对直升机进行航向操纵稳定航向，相当于飞机垂直安定面稳定航向，相当于飞机垂直安定面尾桨的作用尾桨的作用 尾桨形式尾桨形式铰接式铰接式万向节式万向节式跷跷板式跷跷板式无轴承式无轴承式涵道式涵道式直直-9改改-涵道式尾桨涵道式尾桨 起落装置起落装置直升机起落装置的作用：直升机起落装置的作用：吸收着陆时由于垂直速度带来的能量，减少着吸收着陆时由于垂直速度带来的能量，减少着陆时撞击引起的过载；陆时撞击引起的过载；保证在使用过程中不发生地面共振；保证在使用过程中不发生地面

25、共振；使直升机具有在地面运动的能力，减少滑行时使直升机具有在地面运动的能力，减少滑行时由于地面不平产生的撞击和颠簸由于地面不平产生的撞击和颠簸地面上使用地面上使用 的起落装置的起落装置轮式起落架轮式起落架滑橇式起落架滑橇式起落架轮式起落架轮式起落架滑橇式起落架滑橇式起落架具有水面起降具有水面起降能力的直升机能力的直升机水密封机身水密封机身保证横侧稳定的浮筒保证横侧稳定的浮筒保证横侧稳定的浮筒保证横侧稳定的浮筒机械操纵系统机械操纵系统作用：控制直升机的飞行姿态和飞行方向作用：控制直升机的飞行姿态和飞行方向油门变距系统油门变距系统脚操纵系统脚操纵系统驾驶杆操纵系统驾驶杆操纵系统操纵直升机升降操纵直

26、升机升降操纵尾桨，使直升机旋转操纵尾桨，使直升机旋转机机械械操操纵纵系系统统操纵旋翼拉力的方向操纵旋翼拉力的方向油门变距系统油门变距系统 自动倾斜器（自动倾斜仪）：自动倾斜器（自动倾斜仪）：直升机机械操纵系统中的重要部件；直升机机械操纵系统中的重要部件；作用：操纵旋翼，实现升降、前后、左右运动作用：操纵旋翼，实现升降、前后、左右运动直升机分代直升机分代第一代直升机第一代直升机服役年代：服役年代：2020世纪世纪3030年代年代6060年代初期；年代初期；发动机：活塞式发动机；发动机：活塞式发动机；旋翼：金属旋翼：金属/ /木质混合式桨叶；木质混合式桨叶；机体：桁架式或半硬壳式机体；机体：桁架式

27、或半硬壳式机体；电子设备：简易仪表和电子设备；电子设备：简易仪表和电子设备；最大平飞速度：最大平飞速度：200km/h200km/h；全机振动水平：全机振动水平：0.2g0.2g；噪声水平：噪声水平：110dB110dB；典型机种：米典型机种：米-4-4；贝尔；贝尔-47-47；直；直-5-5（仿米（仿米-4-4） 贝尔贝尔47（美）（美）贝尔贝尔-47 直直5（中）（中）第二代直升机第二代直升机 服役年代：服役年代：2020世纪世纪6060年代年代7070年代；年代；发动机：第一代涡轴发动机；发动机：第一代涡轴发动机；旋翼：全金属桨叶和金属桨毂构成的旋翼；旋翼：全金属桨叶和金属桨毂构成的旋翼；机体：铝合金半硬壳式机体；机体：铝合金半硬壳式机体；电子设备：初期集成微电子设备；电子设备：初期集成微电子设备；最大平飞速度：最大平飞速度：250km/h250km/h；全机振动水平：全机振动水平：0.15g0.15g；噪声水平：噪声水平：100dB100dB；典型机型：米典型机型：米-8-8；超黄蜂；直