《無人機概述》PPT課件.ppt

,無人機概述,試講人：XXX,試講課程,小討論 聊一聊你所了解的無人機,http:/ 視頻在線播放 ”,90后小伙拍出“最潮南京宣傳片”立刻爆紅網絡,這不是紐約、也不是曼哈頓，這是我們每天生活的城市南京。昨天傍晚，南京市委宣傳部官方微信“南京發(fā)布”獨家首映了一部大片The Best of NanKing，大片里南京三四十個地標，在鏡頭展示下超級震撼.,問題思考無人機是什么樣的？除了航拍外無人機還能做什么？,課程預熱：,課程導入：,無人機的概念,目錄,無人機的分類及用途,無人機的系統組成,無人機主要技術,PART 1,PART 3,PART 2,PART 4,無人機的概念,PART 1,無人駕駛航空器（UA： Unmanned Aircraft），是一架由遙控站管理（包括遠程操縱或自主飛行）的航空器，也稱遙控駕駛航空器（RPA：Remotely Piloted Aircraft），以下簡稱無人機。,無人機的定義,無人機系統（UAS： Unmanned Aircraft System），也稱無人駕駛航空器系統（RPAS： Remotely Piloted Aircraft Systems），是指一架無人機、相關的遙控站、所需的指令與控制數據鏈路以及批準的型號設計規(guī)定的任何其他部件組成的系統。,無人機系統的定義,無人機系統駕駛員，由運營人指派對無人機的運行負有必不可少職責并在飛行期間適時操縱飛行控制的人。 無人機系統的機長，是指在系統運行時間內負責整個無人機系統運行和安全的駕駛員。,無人機系統駕駛員的定義,無人機的近況,全世界都在造無人機！,8090年代，除了美國和以色列外，其他國家的許多飛機制造公司也在從事無人機的研制與生產。 西方國家中在無人機研制與生產領域占據領先位置的是美國。今天，美軍有用于各指揮層次從高級司令部到營、連長的全系列無人偵察機。許多無人機可以攜帶制導武器（炸彈、導彈）、目標指示和火力校射裝置。最著名的是“捕食者” 可復用無人機，世界上最大的無人機“全球鷹”，“影子-200”低空無人機， “掃描鷹”小型無人機，“火力偵察兵” 無人直升機。,美國“全球鷹”無人機,美國“捕食者”無人機,美國“影子200”無人機,無人機分類及用途,PART 2,軍用無人機,分類方式之按照用途分類：,以用途作為劃分無人機的標準，是比較常用的做法。按照用途分類，無人機可以分為：,目前超過 70% 的無人機使用于軍事用途,民用無人機,軍用無人機可分為偵察無人機、誘餌無人機、電子對抗無人機、通信中繼無人機、無人戰(zhàn)斗機以及靶機等,民用無人機可分為巡查監(jiān)視無人機、農用無人機、氣象無人機、勘探無人機以及測繪無人機等。,燃爆8月的電影戰(zhàn)狼2同學們都去看了嗎？ 回憶下戰(zhàn)狼2里的無人機用途是什么？,課堂思考,Little tips,分類方式之按照平臺角度分類：,旋翼無人機,固定 翼無人機,多旋翼無人機,無人飛艇,傘翼無人機,撲翼式無人機,按照平臺劃分，無人機常見的分為,由多組動力系統組成的飛行平臺，一般常見的有四旋翼、六旋翼、八旋翼甚至更多旋翼組成。多旋翼機械結構非常簡單，動力系統只需要電機直接連槳就行。優(yōu)點是機械簡單，能垂直起降，缺點是續(xù)航時間最短，載荷小。,旋翼無人機,固定翼，顧名思義，就是機翼固定不變，靠流過機翼的風提供升力。跟我們平時做的飛機一樣，固定翼無人機起飛的時候需要助跑，降落的時候必須要滑行，但這類無人機續(xù)航時間長、飛行效率高、載荷大。,固定翼 無人機,多旋翼 無人幾,分類方式之按照平臺角度分類：,旋翼飛行器是一類通過多個定距槳（螺旋槳）正反旋轉與轉速控制提供飛行器升力與飛行器姿態(tài)調整。這樣的定義方式使我們準確了解多旋翼飛行器的旋翼結構、升力來源、姿態(tài)控制方式。,這類飛行器是從鳥類或者昆蟲啟發(fā)而來的，具有可變形的小型翼翅。它可以利用不穩(wěn)定氣流的空氣動力學，以及利用肌肉一樣的驅動器代替電動機。在戰(zhàn)場上，微型無人機、特別是昆蟲式無人機，不易引起敵人的注意。即使在和平時期，微型無人機也是探測核生化污染、搜尋災難幸存者、監(jiān)視犯罪團伙的得力工具,無人飛艇,傘翼機,撲翼式微 型無人機,分類方式之按照用途分類：,飛艇是一種輕于空氣的航空器，它與熱氣球最大的區(qū)別在于具有推進和控制飛行狀態(tài)的裝置。這類飛行器是一種理想的空中平臺，無論是用來空中監(jiān)視、巡邏、中繼通信還是空中廣告飛行、任務搭載試驗、電力架線，其應用范圍是廣泛的。,一種用柔性傘翼代替剛性機翼的飛機，傘翼大部分為三角形，也有長方形的。傘翼可收疊存放，張開后利用迎面氣流產生升力而升空，起飛和著陸滑跑距離短，只需百米左右的跑道，常用于運輸、通信、偵察、勘探和科學考察等。,撲翼無人機,課堂互動,請同學通過連連看的方式試著判斷以下圖片對應的無人機類型,固定翼無人機,旋翼無人機,無人飛艇,傘翼無人機,撲翼無人機,多旋翼無人機,撲翼式微 型無人機,其他分類方式：,按照尺度分類,微、輕、小、大。 空機質量 7 （100 千米/小時、3000 米） 116 5700,按活動半徑分類,超近程：15km以內 近程：15-50km之間 短程：50-200km之間 中程：200-800km之間 遠程：大于800km。,按任務高度分類,超低空：0-100m 低空：100-1000m 中空：1000-7000m 高空：7000-18000m 超高空：大于18000m,無人機的系統組成,PART 3,無人機的系統組成,系統組成,控制站,飛行器,通信鏈路,顯示系統,操縱系統,機載,地面,飛行平臺,動力裝置,導航飛控,電氣系統,任務設備,無人機的系統組成,飛行器是指能在地球大氣層內外空間飛行的器械。通常按照飛行環(huán)境和工作方式，把飛行器分為幾大類： 航空器： 航天器： 空天飛行器： 火箭和導彈：,飛行器的定義,無人機的系統組成,航空器的定義,根據產生升力的原理,航空器,輕于空氣的航空器,重于空氣的航空器,氣球,飛艇,固定翼航空器,旋翼航空器,撲翼機,變模態(tài)機,飛機,滑翔機,旋翼機,直升機,固定翼Fixed-wing 無人機平臺,旋翼Rotary wing無人機平臺,無人飛艇平臺及系留氣球,各類變模態(tài)平臺,飛行器-飛行平臺,多軸,機翼結構,機身結構,起落裝置,飛行器-飛行平臺,動力系統指無人機的發(fā)動機以及保證發(fā)動機正常工作所必需的系統和附件的總稱。 無人機使用的動力裝置主要有活塞式發(fā)動機、渦噴發(fā)動機、渦扇發(fā)動機、渦槳發(fā)動機、渦軸發(fā)動機、沖壓發(fā)動機、火箭發(fā)動機、電動機等。目前主流的民用無人機所采用的動力系統通常為活塞式發(fā)動機和電動機兩種。,飛行器-動力裝置分類,活塞式發(fā)動機也叫往復式發(fā)動機，由氣缸、活塞、連桿、曲軸、氣門機構、螺旋槳減速器、機匣等組成主要結構。,動力裝置-活塞式,動力裝置-電動,出于成本和使用方便的考慮，微型無人機中普遍使用的是電動動力系統。,動力裝置-渦噴,渦輪噴氣發(fā)動機的組成：進氣道 壓氣機、燃燒室、渦輪、尾噴管。,飛行器-動力裝置有哪些？,導航子系統功能：向無人機提供相對于所選定的參考坐標系的位置、速度、飛行姿態(tài)，引導無人機沿指定航線安全、準時、準確的飛行。因此導航子系統之于無人機相當于領航員之于有人機。,飛行器-導航飛控系統,飛控子系統是無人機完成起飛、空中飛行、執(zhí)行任務、返場回收等整個飛行過程的核心系統，對無人機實現全權控制與管理，因此飛控子系統之于無人機相當于駕駛員之于有人機，是無人機執(zhí)行任務的關鍵。,無人機導航飛控系統常用的傳感器包括角速率傳感器、姿態(tài)傳感器、位置傳感器、迎角側滑角傳感器、加速度傳感器、高度傳感器及空速傳感器等，這些傳感器構成無人機導航飛控系統設計的基礎。,導航飛控計算機是導航飛控系統的核心部件，飛控計算機應具備如下功能： 姿態(tài)穩(wěn)定與控制； 導航與制導控制； 自主飛行控制； 自動起飛、著陸控制；,飛行器-導航飛控系統,無人機執(zhí)行機構都是伺服作動設備，是導航飛控系統的重要組成部分。其主要功能是根據飛控計算機的指令，按規(guī)定的靜態(tài)和動態(tài)要求，通過對無人機各控制舵面和發(fā)動機節(jié)風門等的控制，實現對無人機的飛行控制,無人機電氣系統可分為機載電氣系統和地面供電系統兩部分。機載電氣系統主要由主電源、應急電源、電氣設備的控制與保護裝置及輔助設備組成。 電氣系統一般包括電源、配電系統、用電設備3個部分，電源和配電兩者組合統稱為供電系統。供電系統的功能是向無人機各用電系統或設備提供滿足預定設計要求的電能。,正常匯流條（發(fā)電機匯流條或主匯流條） 重要匯流條（轉換匯流條） 應急匯流條（不間斷匯流條或備用匯流條）,飛行器-電氣系統,按任務設備用途，可以分為偵查搜索設備、測繪設備、軍用專用設備、民用專用設備等。偵搜設備常用的有光電平臺、SRA雷達、激光測距儀等，測繪設備則是測繪雷達、航拍相機等。,飛行器-任務設備,無人機的系統組成,系統組成,控制站,飛行器,通信鏈路,顯示系統,操縱系統,機載,地面,飛行平臺,動力裝置,導航飛控,電氣系統,任務設備,無人機地面站也稱控制站、遙控站或任務規(guī)劃與控制站。在規(guī)模較大的無人機系統中，可以有若干個控制站，這些不同功能的控制站通過通信設備連接起來，構成無人機地面站系統,指揮調度功能主要包括上級指令接收、系統之間聯絡、系統內部調度； 任務規(guī)劃功能主要包括飛行航路規(guī)劃與重規(guī)劃、任務載荷工作規(guī)劃與重規(guī)劃； 操作控制功能主要包括起降操縱、飛行控制操作、任務載荷操作、數據鏈控制； 顯示記錄功能主要包括飛行狀態(tài)參數顯示與記錄、航跡顯示與記錄、任務載荷信息顯示與記錄等。,無人機的系統組成-控制站,四類硬件： 數據鏈路控制、飛行控制、載荷控制、載荷數據處理等四類硬件設備機柜或機箱構成。 三類不同功能控制站模塊： 指揮處理中心：制定任務、完成載荷數據的處理和應用，一般都是通過無人機控制站等間接地實現對無人機的控制和數據接收； 無人機控制站：飛行操縱、任務載荷控制、數據鏈路控制和通信指揮。 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設備，不能進行無人機的飛行控制。,控制站,地面控制站內的飛行控制席位、任務設備控制席位、數據鏈管理席位都設有相應分系統的顯示裝置，因此需綜合規(guī)劃，確定所顯示的內容、方式、范圍。 A、飛行參數綜合顯示 飛行與導航信息、數據鏈狀態(tài)信息、設 備狀態(tài)信息、指令信息 B、告警視覺 一般分為提示、注意和警告三個級別 C、地圖航跡顯示 導航信息顯示、航跡繪制顯示以及地理信息的顯示。,控制站-顯示&操作系統,飛行操縱,無人機操縱與控制主要包括起降操縱、飛行操縱、任務設備（載荷）控制和數據鏈管理等。,無人機的系統組成,系統組成,控制站,飛行器,通信鏈路,顯示系統,操縱系統,機載,地面,飛行平臺,動力裝置,導航飛控,電氣系統,任務設備,無人機通訊鏈路：主要用于無人機系統傳輸控制、無載荷通訊、載荷通訊三部分信息的無線電鏈路。 根據ITU-R M.2171報告給出的無人機系統通訊鏈路是指控制和無載荷鏈路，主要包括：指揮與控制（C&C），空中交通管制（ATC），感知和規(guī)避（S&A）三種鏈路。,無人機的系統組成-通訊鏈路,機載終端與天線,無人機系統通訊鏈路機載終端常被稱為機載電臺，集成于機載設備中。視距內通訊的無人機多數安裝全向天線，需要進行超視距通訊的無人機一般采用自跟蹤拋物面衛(wèi)通天線。,地面終端與天線,民用通訊鏈路的地面終端硬件一般會被集成到控制站系統中，稱作地面電臺，部分地面終端會有獨立的顯示控制界面。視距內通訊鏈路地面天線采用鞭狀天線、八木天線和自跟蹤拋物面天線，需要進行超視距通訊的控制站還會采用固定衛(wèi)星通訊天線。,通訊鏈路分類,課堂Q&A,Q1：無人機指揮控制非系統相對于傳統飛機是什么？,Q2：民用無人機常用的發(fā)動機有哪些？,無人機的主要基礎技術,PART 4,無人機主要基礎技術,1,無人機遙感技術,2,無人機通訊技術,3,無人機自主控制技術,4,無人機材料技術,無人機遙感（Unmanned Aerial Vehicle Remote Sensing ), 即利用先進的無人駕駛飛行器技術、遙感傳感器技術、遙測遙控技術、通訊技術、GPS差分定位技術和遙感應用技術，能夠實現自動化、智能化、專用化快速獲取國土資源、自然環(huán)境、地震災區(qū)等空間遙感信息，且完成遙感數據處理、建模和應用分析的應用技術。 無人機遙感系統由于具有機動、快速、經濟等優(yōu)勢，已經成為未來的主要航空遙感技術之一,無人機遙感技術在蘇州地籍測繪項目中成功應用,無人機遙感技術,無人機通信利用通訊數據鏈通信。通訊鏈穩(wěn)定性好可以做到可工作在各種惡劣的環(huán)境下，溫度 范圍-40+70。支持遠距離傳輸60-100km，主要是用于飛控及機載（GPS、飛行姿態(tài)、航點、傳感器）數據的傳輸。 無人機上的遠距離數據鏈傳輸，能實時傳回無人機的各種數據，以及穩(wěn)定的視頻畫面。地面控制人員還能隨時發(fā)出指令，下達新的任務規(guī)劃。,無人機通訊|數據傳輸|圖像傳輸功率放大器,無人機通訊技術,無人機系統自主控制是指在不需要人的干預條件下,系統通過在線環(huán)境感知和信息處理,自主生成優(yōu)化的控制策略,完成各種戰(zhàn)略和戰(zhàn)術任務,并且具有快速而有效的任務自適應能力。 無人機系統自主控制面臨的挑戰(zhàn)包括復雜、非結構化、意外的動態(tài)環(huán)境,不確定的、意外的事件和態(tài)勢,遠距離長航時條件下復雜網絡通信鏈路故障、突發(fā)系統故障、實時外部威脅等環(huán)境不確定性,無人機自主控制技術,主要包括：機體材料（包括結構材料和非結構材料）、發(fā)動機材料和涂料，其中最主要的是機體結構材料和發(fā)動機材料，結構材料應具有高的比強度和比剛度，以減輕飛機的結構重量，改善飛行性能或增加經濟效益，還應具有良好的可加工性，便于制成所需要的零件。,玻璃纖維,碳纖維,樹脂,無人機材料技術,無人機的優(yōu)缺點,優(yōu)點,避免犧牲空勤人員，因為飛機上不需要飛行人員，所以最大可能地保障了人的生命安全。,無人機尺寸相對較小，設計時不受駕駛員生理條件限制，可以有很大的工作強度，不需要人員生存保障系統和應急救生系統等，大大地減輕了飛機重量。,制造成本與壽命周期費用低，沒有昂貴的訓練費用和維護費用，機體使用壽命長，檢修和維護簡單。,無人機的技術優(yōu)勢是能夠定點起飛，降落，對起降場地的條件要求不高，可以通過無線電遙控 或通過機載計算機實現遠程遙控。,無人機的優(yōu)缺點,缺點,主要表現在生存力低，在與有較強防空能力的敵人作戰(zhàn)時，無優(yōu)勢可言。,無人機速度慢，抗風和氣流能力差，在大風和亂流的飛行中，飛機易偏離飛行線路，難以保持平穩(wěn)的飛行姿態(tài)。,無人機受天氣影響較大，結冰的飛行高度比過去預計的要低，在海拔3000-4500m的高度上，連續(xù)飛行10-15min后會使飛機受損。,無人機的應變能力不強，不能應付意外事件，當有強信號干擾時，易造成接收機與地面工作 站失去聯系。,無人機機械部分也有出現故障的可能，一旦出現電子設備失靈現象，那對無人機以及機載設備 將是致命的。,課堂互動,電影湄公河行動里也有無人機的大量使用，請同學們通過觀看無人機使用片端，分組討論: 應用到了哪些無人機技術？,課后作業(yè),1、無人機和傳統飛機相比有哪些優(yōu)點和缺點？ 2、假如你作為本校校慶活動的負責人，需要制作校慶航拍記錄視頻，你會選擇什么樣的無人機作為拍攝工具？同時說明該款無人機有哪些部件組成。并說說這么選擇的理由?,THANK YOU,