固定翼无人机组装调试与飞行实训 课件 项目一 系统综述与结构认知（4学时）

项目一系统综述与结构认知（4学时）回味历史（发展历程，阅读）；系统组成（讲授，1学时）；飞行器系统结构认知（讲授、研讨、课堂练习，3学时）。简述固定翼无人机的发展脉络、典型个例及军事应用，感受战争需求牵引固定翼无人机的发展脉络；掌握固定翼无人机的定义、特点、系统组成及常见类型；阐述固定翼无人机飞行器系统的具体结构，理解各组成部分的具体功能。主要教学内容教学目标1系统组成定义与特点典型个例全系统结构简要工作过程定义：由动力装置产生前进的推力或拉力，由机身固定的机翼产生升力，在大气层内飞行的重于空气的无人机，是属于航空器范畴。特点：载荷大、续航时间长、航程远、飞行速度快、飞行高度高。但传统固定翼起降受场地限制、无法悬停。推力拉力复合翼1系统组成定义与特点典型个例全系统结构简要工作过程1系统组成定义与特点典型个例全系统结构简要工作过程1系统组成定义与特点典型个例全系统结构简要工作过程1系统组成定义与特点典型个例全系统结构简要工作过程建立“结构全系统”概念：作为无人机的一种，固定翼无人机系统同样包括在天上飞行的无人飞行器以及与之配套的地面控制系统、构成天地回路的数据链系统、任务载荷系统等等，所以无人机更应该被称为无人机系统。在军事应用领域，不同的固定翼无人机系统，由于其担负的任务不同，其大小、质量、复杂程度等也各不相同，但就其基本组成来说，一般可分为“无人飞机”和“地面站”两部分，供应订货的配套，往往以“几架飞机和一个地面站”为一个单位，例如“3机1站”、“6机1站”等；而在民用领域，出于成本考虑，多采用单机单站配套，即一架飞机配套一个地面站。1系统组成定义与特点典型个例全系统结构简要工作过程为加强专业学习的针对性：我们将无人机系统按专业归类分为飞行器（含发射与回收）、控制与导航、综合无线电、供电、保障支援、任务设备等分系统。飞行器系统：可能通俗地理解为天上飞的那一部分，包括：飞机机体、飞机的动力装置（推进系统）、飞行操纵装置、机体供电系统等。当然还应有航空电子设备（控制与导航系统）、机载数据终端（数据链系统的机载部分）和任务设备系统的有效载荷。主要功能：为无人机飞行器提供飞行动力，同时把各分系统及部件连为一体并具有良好的气动外形，最终为任务载荷提供飞行平台。1系统组成定义与特点典型个例全系统结构简要工作过程为加强专业学习的针对性：我们将无人机系统按专业归类分为飞行器（含发射与回收）、控制与导航、综合无线电、供电、保障支援、任务设备等分系统。发射与回收系统：用来保证无人机的正常发射和回收。包括发射架（车）或助飞器、发射时检测设备、回收设备（回收伞、回收车或起落设备）等。1系统组成定义与特点典型个例全系统结构简要工作过程为加强专业学习的针对性：我们将无人机系统按专业归类分为飞行器（含发射与回收）、控制与导航、综合无线电、供电、保障支援、任务设备等分系统。飞行控制与自主导航系统：控制相当于“驾驶”，是指通过操纵飞机的操纵面（副翼、方向舵、升降舵等）来控制飞行姿态，以期达到预定的飞行高度、速度或完成需要的机动及作业飞行要求，就像开车一样！导航是指引导无人机沿着选定航线，准确到达目的地。因此导航相当于领航员！导航侧重于提供导航参数和时间同步，其本质是确定无人机的瞬时空间位置，即定位。1系统组成定义与特点典型个例全系统结构简要工作过程为加强专业学习的针对性：我们将无人机系统按专业归类分为飞行器（含发射与回收）、控制与导航、综合无线电、供电、保障支援、任务设备等分系统。因此，控制与导航系统被认为是无人机系统的指挥控制中心，用来保障无人机稳定地沿要求航线飞行，以便到达预定的任务区域，同时，无人机上传输过来的图像、飞行状态参数及遥测数据等在此进行处理与显示。分为机载（航空电子）和地面（飞行控制与任务控制）两部分。1系统组成定义与特点典型个例全系统结构简要工作过程为加强专业学习的针对性：我们将无人机系统按专业归类分为飞行器（含发射与回收）、控制与导航、综合无线电、供电、保障支援、任务设备等分系统。机载的飞行控制与管理部分称为航空电子，或直接称之为飞控，由飞行控制管理计算机、机载测量装置、伺服机构等组成。主要功能是：自动驾驶、飞行动作控制、航迹控制、任务控制、发动机控制、飞行管理、数据采集、遥控解码、遥测编码，还具有发动机停车、开伞回收控制以及应急情况处置等。1系统组成定义与特点典型个例全系统结构简要工作过程为加强专业学习的针对性：我们将无人机系统按专业归类分为飞行器（含发射与回收）、控制与导航、综合无线电、供电、保障支援、任务设备等分系统。地面指挥控制也称为地面站，分为飞行控制和任务控制。飞行控制和任务控制指令的产生、飞行器机载设备工作状态信息和图像的显示、飞行器所处位置及飞行航线规划、目标定位等全归属于地面指挥控制系统。1系统组成定义与特点典型个例全系统结构简要工作过程为加强专业学习的针对性：我们将无人机系统按专业归类分为飞行器（含发射与回收）、控制与导航、综合无线电、供电、保障支援、任务设备等分系统。综合无线电系统：也称数据链系统：主要完成对无人机的无线电遥控、遥测和定位，以及图像传输，构成天地回路（上、下行），还能实现与友邻单位的通信。一般包括地面和机载的无线电系统及基配套链路。地面数据终端通常是一种微波电子系统及天线，在地面与飞机之间提供视距通信，有时通过卫星提供。机载部分包括接收机，用于接收地面指令，还包括遥测发射机、视频发射机及天线等，用于传递图像及遥测数据。1系统组成定义与特点典型个例全系统结构简要工作过程为加强专业学习的针对性：我们将无人机系统按专业归类分为飞行器（含发射与回收）、控制与导航、综合无线电、供电、保障支援、任务设备等分系统。电气/供电系统：为机上及地面设备供电，包括电力的产生、储存、变换、分配和控制的所有部件，如地面电源车、油机，机载的备用电池组、发电机、稳压电源，还包括机上和车载的布线、电缆和接头等。无人机电气系统一般包括电源、配电系统、用电设备三个部分，电源和配电系统两者的组合统称为供电系统。1系统组成定义与特点典型个例全系统结构简要工作过程为加强专业学习的针对性：我们将无人机系统按专业归类分为飞行器（含发射与回收）、控制与导航、综合无线电、供电、保障支援、任务设备等分系统。地面保障设备：包括运输、装卸、测试、通信（与友邻单位，电台）、维修及模拟训练设备等。1系统组成定义与特点典型个例全系统结构简要工作过程为加强专业学习的针对性：我们将无人机系统按专业归类分为飞行器（含发射与回收）、控制与导航、综合无线电、供电、保障支援、任务设备等分系统。任务设备系统：用来完成指定的任务。不同用途的无人机安装不同的任务设备，例如军用无人机中侦察设备、定位校射设备、靶机任务设备、电子对抗设备、航空武器等；民用无人机中的航拍、测绘、植保、森林防火等。通常情况下，任务设备系统是无人机中最昂贵的子系统！1系统组成定义与特点典型个例全系统结构简要工作过程为加强专业学习的针对性：我们将无人机系统按专业归类分为飞行器（含发射与回收）、控制与导航、综合无线电、供电、保障支援、任务设备等分系统。1系统组成定义与特点典型个例全系统结构简要工作过程从工作过程的角度：固定翼无人机的工作过程可分为四个阶段：起飞爬升、导航控制、执行任务和降落回收。但为了保障无人机的无故障升空，在起飞前还有大量的地面装调和测试等工作，所以从作业流程的角度来讲，应该作进一步的细分，具体如下：①作业组织准备任务受领与分析场地选择与布置任务及航线规划空域申请与报备②飞行前准备飞机供电检查静态联合调试发动机试车联合拉距离试验③起飞与爬升发射阵地完成各项准备后，依照指定的发射方式起飞无人机并爬升到预定高度。④导航控制飞行爬升转平飞，由导航控制系统形成指令，控制各操纵面，无人机按预定航线飞行。⑤执行作业任务当无人机被成功引导进入预定空域后，由地面站控制机载任务设备实施指定作业。⑥着陆回收完成任务后，由回收设备对无人机进行安全降落并撤收，对作业信息进行处理。机

体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知常规布局固定翼飞行平台的三大组成：机体、动力系统、发射与回收装置。机

体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知机体：一般由机翼、机身和尾翼等组成。机身将机翼、尾翼、动力和起落装置等连为一体，并作为容器装载各种设备和油料等。机翼：产生升力的主要部件，用以支持无人机在空中飞行，起到一定的稳定和操纵作用。其上装有副翼（机翼外侧）和襟翼（机翼内侧），副翼用以保证无人机的横向操纵，襟翼用以改善无人机起飞和着陆时的性能。机

体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知机体：一般由机翼、机身和尾翼等组成。机身将机翼、尾翼、动力和起落装置等连为一体，并作为容器装载各种设备和油料等。机翼受力分析：作用在飞机机翼上的外力有：重力、升力、发动机或其它部件传来的力等。这些外力会引起机翼的五种变形：弯曲、扭转、剪切、拉伸、压缩。机翼可视为固链在机身上的悬臂梁，当机翼受到上述外力作用而产生变形时，其内部会产生反抗这种变形的力，称为内力。承受这些内力的部件称之为机翼的受力构件，其作用是保证机翼的空气动力外形，并进一步保证飞机在飞行的稳定与操纵特性。机

体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知机体：一般由机翼、机身和尾翼等组成。机身将机翼、尾翼、动力和起落装置等连为一体，并作为容器装载各种设备和油料等。机翼的纵向骨架：包括翼梁、纵墙和桁条三种类型，其结构和受力依次减弱。其中翼梁是最强有力的纵向构件，承受全部或大部弯矩和剪力；纵墙常放置在靠近机翼的前后缘，与上下蒙皮相连；桁条主要起支持蒙皮的作用。机翼的横向骨架：包括普通翼肋和加强翼肋，其作用是形成并维持剖面形状，把蒙皮和桁条传来的空气动力传给翼梁。加强翼肋还能传递和承受较大的集中载荷。机

体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知机体：一般由机翼、机身和尾翼等组成。机身将机翼、尾翼、动力和起落装置等连为一体，并作为容器装载各种设备和油料等。机身：将机翼、尾翼、动力装置等连为一体，装载各种电气设备和油料等。从空气动力学角度看，机身并不是必要的。如果机翼足够大，能装载各种设备时，则机身是可以取消的，没有机身的飞行器称为飞翼。机

体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知机体：一般由机翼、机身和尾翼等组成。机身将机翼、尾翼、动力和起落装置等连为一体，并作为容器装载各种设备和油料等。普通隔框：主要维持机身外形，支持蒙皮及桁条，承受局部气动力（木质）。加强隔框：既承担普通隔框作用，更主要的是承受和传递集中载荷（金属）。机

体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知机体：一般由机翼、机身和尾翼等组成。机身将机翼、尾翼、动力和起落装置等连为一体，并作为容器装载各种设备和油料等。尾翼：通常包括水平尾翼和垂直尾翼，简称平尾和垂尾。平尾一般由固定的水平安定面和可偏转的升降舵组成；垂尾由固定的垂直安定面和方向舵组成。安定面的作用是使飞机具有适度的静稳定性，升降舵和方向舵的作用是进行飞机的俯仰和偏航操纵。副翼、升降舵、方向舵称为飞机的主操纵面。机

体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知机体：一般由机翼、机身和尾翼等组成。机身将机翼、尾翼、动力和起落装置等连为一体，并作为容器装载各种设备和油料等。蒙皮：包在机身和机翼纵横骨架外，维持外形并与空气直接接触的构件，因此要求表面光滑，以免增加阻力影响飞行性能。主要作用：1）维持机翼的气动外形；2）承受局部气动力，把压力或吸力传递到纵向骨架上；3）与翼梁和纵墙腹板构成封闭盒，承受弯矩、扭矩。机

体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知机体：一般由机翼、机身和尾翼等组成。机身将机翼、尾翼、动力和起落装置等连为一体，并作为容器装载各种设备和油料等。接头：用于机翼和其它构件的连接与拆卸，并实现构件之间力的传递。单、双耳式梳式机体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知动力系统：产生前进的拉力或推力，使无人机获得飞行速度和升力。传统固定翼大多采用活塞发动机作为动力装置，但出于成本和使用方便的考虑，现阶段，部分轻型和微型固定翼已开始普遍开始使用电动动力系统。油动系统：包括发动机本体和一系列保证发动机正常工作的辅助系统，除提供推力或拉力外，还在必要时配套发电机，为机载设备供电。（有专门课程！）电动系统：电池、电调、电机、螺旋桨和充电器。（多旋翼课程已讲）机体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知重要性强调：固定翼无人机的发射和回收方式远比旋翼类无人机复杂，飞行事故中的60%会出现在起飞和着陆阶段。所以可靠的发射和回收方式是确保无人机安全飞行的要素之一。传统固定翼发射和回收方式包括：起落架地面滑跑起飞：无人机依靠自身动力，借助起落架或其它专门起飞装置的动力，在跑道上滑跑升空。（发动机已起动）有的起飞后即抛弃起落架小型一般不收起起落架长航时、远程一般收起起落架(有人机)离地速度和滑跑距离是两个关键参数借助滑跑车时原理类似机体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知火箭助推发射：无人机安装在专门的发射架上，借助火箭推力，将无人机发射升空。（发动机已起动）一台或多台火箭做为助推器助推火箭工作时间一般为几秒钟起飞后抛弃助推器灵感来源于有人机零距离起飞（ZEL，Zero-LengthLaunch）概念美制“火蜂”机体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知滑轨弹射：飞行器安装在发射装置的轨道上，在自身发动机和发射装置中的助力设备共同作用下起飞。无人机飞离轨道后，在主发动机作用下完成飞行任务。一般都有长长的滑轨滑轨中的助力设备配合主发动机提供滑跑加速助力设备有弹力、液压和气动等类型若助力设备采用火箭，则等同于零长发射机体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知手抛发射（投掷）：小、微型固定翼无人机的常见起飞方式，由投掷手在重心附近握住飞行器，助跑10～15m后，将无人机投掷到空中。助跑的目的是为了使无人机获得所需的起飞速度。投掷方向应选择在逆风方向上；飞行器尺寸小于3m，重量在十几千克以下；一人或两人控制，一人控制时身兼投掷手和飞控手双重职责，即投掷后立即转入用遥控器在视距内控制飞机；投掷时飞机应保持左右水平，机头略上抬，投掷用力方向与机体轴同向。机体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知空中发射：无人机由运输机、轰炸机、攻击机等大型经过改装且与无人机相匹配的母机携带至空中，在指定的空域，启动无人机的发动机，然后将无人机从空中发射出去。理论上，母机可将无人机带到任何需要的空域，方式简单易行，成功率高，且有效增大了无人机航程。分滑轨式发射和投放式发射；滑轨式发射时，轨道安装在母机上，无人机靠自身动力滑出轨道；投放式发射时，无人机一般采用半隐蔽方式悬挂在固定翼母机的机翼或机腹下部，若采用直升机作为母机，则在两侧携带；根据发动机启动时间，分为投放前启动和投放后启动。机体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知滑跑着陆：基本与有人机类似，不同之处有：（1）对跑道要求没有有人机苛刻；（2）有些起落架局部被设计得较脆弱，可着陆时撞地损坏，吸收能量；（3）有些无人机在机尾装有尾钩，着陆滑跑时，尾钩钩住地面拦截绳缩短着陆滑跑距离。滑跑着陆的控制比滑跑起飞要困难得多，正如有人机的离地容易着陆难；小型无人机一般采用目视遥控着陆方式，无人机需逆风并呈环形轨迹下降，经历进场、下滑、拉平、漂落和滑行等五个阶段；大中型无人机则通过飞行控制系统、导航定位/着陆系统、精确测高系统等，按照预定的程序和下滑曲线自主完成着陆动作。机体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知伞降回收：无人机利用机载的降落伞，按照预定程序或在操作手遥控指挥下到达回收区域上空，在发动机停车后自动可根据遥控指令适时开伞，降落在预定场地。回收伞应预先规范折叠并装入伞包，便于机载；无人机应有足够的载重和容积为伞包提供舱位；方形伞、平面圆顶伞、底边延伸伞、十字形伞（稳定性好，制造工艺简单，开伞动载较小，应用较多）等多种伞型可选。机体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知拦阻网回收：像用网捕捉鸟一样的方法回收无人机，研究最早始20世纪70年代末期。其过程是：无人机在操纵手的遥控下，降低高度，减小速度，同时拦阻网系统的引导装置引导无人机对准拦阻网。当无人机接触到拦阻网后，飞行能量由拦阻网能量吸收器吸收，速度很快减为零。无人机撞网回收是一种理想的精确定点回收方式，特别适合小型固定翼无人机在狭窄回收场地或舰船上使用，可以认为它是一种零距离回收方式。机体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知①

按机身数量不同单机身（常规）翼身融合多机身（2个）多机身（3个）多机身（5个）机体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知②

按机翼所处机身上下位置不同上单翼高单翼中单翼下单翼双层翼三层翼机体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知③

按气动布局不同常规布局鸭式布局无平尾布局大翼尖无尾布局飞翼气动布局机体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知④

按机翼/尾翼形状不同矩形翼梯形翼圆形翼三角翼双垂尾（T型）V型尾翼机体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知⑤

按主要材料不同KT板：一种由聚苯乙烯（ExpandedPolystyrene，缩写PS/EPS）EPS在外力的冲击下极易碎裂和产生碎屑,颗粒经过发泡生成板芯，经过表面覆膜压合而成的一种新型材料，板体挺括、轻盈、不易变质、易于加工。EPO发泡塑料：由30%的聚乙烯PE和70%的聚苯乙烯PS组成。PE组分主要分布在材料的外层，促进颗粒之间的塑化和结合，PS组分主要分布在材料的内部，对于泡粒结构具有良好的支撑作用。EPO最大程度的综合了PE和PS的有点，在冲击后不会产生碎裂，具有良好的抗冲击性。机体动力系统发射与回收装置固定翼分类2飞行器系统结构认知⑤

按主要材料不同EPP塑料发泡材料：具有十分优异的抗震吸能性能、形变后恢复率高，号称柔性泡沫，