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1、微型无人机飞行与研究读书报告微型无人机飞行与研究读书报告【摘要】：无人机是一种由无线电遥控设备或自身程序控制装置操纵的无人驾驶飞行器。 现现如今大多数的无人机是用于军方；无人机用途广泛，成本低，效费比好；无人员伤亡 风险；生存能力强，机动性能好，使用方便，在现代战争中有极其重要的作用，在民用领 域更有广阔的前景。华东理工大学在微型无人机方面有着较为成熟的研究，本读书报告着 眼于短学期创新实践对于无人机飞行研究的理解和收获。【关键字】： 微型无人机 发展 技术ABSTRACT: The UAV is a radio remote control apparatus or its program
2、control device controlled unmanned aircraft. Blind now most of the UAV is used for the military.The UVA is widely used as well as low cost, cost-effective good. It is no casualties risk,strong survival ability, good maneuvering performance, convenient use and has the extremely important role in mode
3、rn war, in the civilian fields more broad prospects. East China University of Science and Technology has a more mature research on mini UAV, this book reports focus on short term innovation practice for the research of the mini UVA.KEY WORD: Mini UVA Develpment Technology目录目录1.概述概述 1.1 无人机发展概述 1.2 国
4、内外无人机发展概况 1.3 国外微型无人机发展水平 1.4 国内无人机发展水平 1.5 本文主要内容 2.微型无人机设计方法和要求微型无人机设计方法和要求 2.1 飞机起飞重量和翼载荷 2.2 电池的比能量和比功率 2.3 飞机的功率重量比 2.4 总体参数确定过程与参数权衡 3微型无人机的技术概况微型无人机的技术概况 3.1 动力问题 3.2 不同的空气动力学问题 3.3 飞行控制 3.4 通信系统 3.5 侦查传感器 4微型自控飞行器飞行操作训练要求内容微型自控飞行器飞行操作训练要求内容 4.1 飞行训练模型机概况 4.2 模型机构造及技术内容 4.3 实际操作飞行过程 5微型无人机实际导
5、航飞行微型无人机实际导航飞行 5.1GPS 导航 5.2 新型组合导航系统 6参加学习体会参加学习体会 7结束语结束语 8参考文献参考文献一、概述一、概述1.1 无人机发展概述无人机发展概述 无人机最早的开发是在一战后，并在二战中无人靶机用 于训练防空炮手。 第二次世界大战之後将多於或者是退役的飞机改装成为 特殊研究或者是靶机，成为近代无人机使用趋势的先河。随 著电子技术的进步，无人机在担任侦查任务的角色上开始展 露他的弹性与重要性。譬如在越战期间，美国曾经使用大量的无人机对高价值或者是防御 严密的目标进行侦查的工作，如此一来可以减少人员的伤亡或是被俘虏的风险。1.2 国内外无人机发展概况国内
6、外无人机发展概况 1982 年以色列航空工业公司(IAI)首创以无人机担任其他角色的军事任务。在加利利和 平行动（黎巴嫩战争）时期，侦察者无人机无人机系统曾经在以色列陆军和以色列空军的 服役中担任重要战斗角色。 以色列国防军主要用无人机进行侦察兵，情报收集，跟踪和通 讯。1991 年的沙漠风暴作战当中，美军曾经发射专门设计欺骗雷达系统的小型无人机作为 诱饵，这种诱饵也成为其他国家效彷的对象。 但在 20 世纪晚期之前， 他们不过是比全尺寸的遥控飞机小一些而已。美国军方在这 类飞行器上的兴趣不断增长，因为他们提供了成本低廉，极富任务弹性的战斗机器，这些 战斗机器可以被使用而不存在机组人员死亡的风
7、险。最初的一代主要以侦察机为大宗，一 些无人机已经装备了武器（例如 RQ-1 捕食者装备 AGM-114 地狱火空对地导弹）。由无人 机担任更多角色的军事预想，最初是轰炸和对地攻击，空对空战斗，飞行员最后一块领域。装备有武器的无人机被称为无人战斗机飞机（UCAV）。 美国军队曾经购买和自制先锋无人机在对伊拉克的第二次和第三次 海湾战争中作为可靠的 系统。 我国无人机起步虽然较晚，但是发展较为迅速。例如，我国现役的无人机有长空一号 无人机 、长空二号无人机、无侦五无人机、无侦九无人机、ASN-206 无人机等。1.3 国外微型无人机发展水平国外微型无人机发展水平 为了适应未来战场的需要，目前各军
8、事强国都在极力发展无人机以便主宰未来战场。 其中，还要属美国走在世界前列：美国大力发展微型无人机技术，并研制出各种微型无人 机平台，有固定翼、旋翼及扑翼式 3 种。 以色列飞机工业公司的“蚊 1”式无人机的研制始于 2001 年，2003 年 1 月 1 日首次飞 行。以色列飞机工业公司目前致力于微型无人机推进装置、电池以及技术模型的研究，旨 在提高“蚊”式无人机系统的性能。近期内还要利用现行飞机的空气动力特性解决低速度条 件下的机动性能问题。 日本在这方面也有着极大地发展进程：小型化直升机目前已经出现，其中包括日本精 工爱普生公司研制的 “微型飞行机器人” 样机，是世界最小的无人驾驶直升机，
9、质量只有 9g，高度仅为 2.8cm 欧洲各国也在发展卫星无人机方面有着很大的建树，欧洲航空航天防务多尼尔公司生 产的 Do-MAV 无人机质量约 510g，翼展 42cm，续航时间超过 30 分钟，法国和英国已对 该机进行演示论证。英国航空航天系统公司对“微星”微型无人机进行了进一步的研制。“微 星” 微型无人机为三角翼平台，续航时间超过 20 分钟。 德国的 EMT 公司已研制出 2 种微型无人机，即“扇风机”垂直起降旋翼无人机和“天皇”固定翼手持发射无人机。“扇风机” 无人机执行任务半径超过 500m，续航时间超过 15 分钟，起飞质量约 750g。“天皇”无人机 具有类似的特性，但起飞
10、质量约为 500g。 各个国家和地区都在对微型无人机的研究有着不同程度的研究，因此，我们可以发现 微型无人机的发展都得到了各国的重视。1.4 我国微型无人机发我国微型无人机发展水平展水平 我国虽然起步较晚，但是在这方面的发展有着逐步的前进。我国的微型无人机的发展 和应用不仅在军事方面有着较大的突破，在民用方面也有这种大的进步。2014 年 4 月 18 号，据中国科学技术部国家遥感中心获悉，由该中心组织建设的全国轻小型无人机遥感系 统信息库已正式上线运行，旨在方便广大用户深入了解中国无人机遥感技术的服务水平和 轻小型无人机遥感系统的生产能力，进一步推动轻小型无人机遥感技术的产业化发展。 1.5
11、 本文内容本文内容 本文基于当今世界微型无人机的发展情况，以老师上课的 PPT 内容为基准，对微型无 人机的设计方法和技术要求进行学习和研讨。并且对飞机模型飞行记录日常的飞行模式； 并且查找资料研究有关导航飞行的有关情况进行学习。二、微型无人机设计方法和要求二、微型无人机设计方法和要求小型电动无人机以电力为能源，起飞重量大多在几公斤范围内，可称作 Mini-UVA， 采用手抛起飞或气动弹射起飞，回收方式主要为滑降或深失速迫降，具有清洁、便于储存 运输和使用方便的特点。飞机的控制距离在 10Km 左右，可以完成彩色图像实时传输等任 务。起飞重量在几公斤的 Mini-UVA 同称作 Micro-U
12、VA 的微型无人机相比在起飞重量、尺 度上要高一个数量级。但 Mini-UVA 是目前唯一投入实际应用的小型无人机，同时技术的 进步，包括在微电子技术，微机电技术等方面的进步，使得 Mini-UVA 具有越来越强的功 能，是目前无人机设计研究领域的重要方向之一。主要代表机型包括美国的“指针”， “龙眼”等机型。 美国环境航空公司研制的“指针”由于在海湾战争中的出色表现而获武器装备质量金 奖。在民用和科学研究方面，小型电动无人机没有任何污染，不需要燃烧氧，很适合大气 环境采样，甚至于外星大气层的探测等，例如关于火星大气层的探测。电池的比能量比功 率低，电池在不同放电条件下具有不同的比功率，比能量
13、也会发生相应的变化等，使得小 型电动无人机在总体参数确定方法和参数的选择上，和以活塞式发动机为动力的无人机相 比，具有不同的特点。 基本的设计要求有飞机起飞重量、电池的比能量和比功率、飞机的功率重量比和翼载 荷和总体参数确定过程与参数权衡四种。 2.1 飞机起飞重量飞机起飞重量 小型电动无人机的起飞重量由下式表达：1234TWWWWW公式中，Wt 是飞机起飞重量。电动无人机在飞行过程中电池重量 W3 不发生变化，因此飞 行重量总是等于飞机起飞重量。W1 是结构重量，W2 是动力装置重量。W4 是航空电子与 任务设备重量，这部份重量在设计中是固定的。2.2 电池的比能量和比功率电池的比能量和比功
14、率 在电池重量系数的计算中需要在设计飞行时间下电池的比能量或比功率。电池在一定 温度和放电深度条件下，不同放电倍率时电池的实际比能量和平均比功率是不相同的。无 人机飞行寿命在几十个架次，同时一架飞机可以配备多组电池，所以电池的寿命及循环次 数对实际比能量和平均比功率的影响等不是考虑的主要方面。可以适当采用较高的放电深 度，同时在保证电池安全工作的条件下可以使用较高的放电倍率。小型电动无人机目前选 用的电池包括 Ca-Ni 电池、MH-Ni 动力电池、Li-ion 动力电池，Liso2 电池等。Ca-Ni 电池、 MH-Ni 动力电池具备高倍率放电特性，可提供高的比功率，但比能量相对较低。Li-
15、ion 动 力电池，Liso2 电池等具有高比能量，但放电倍率较低，限制了电池的比功率。2.3 飞机的功率重量比飞机的功率重量比 在飞机性能指标的要求下，通过对飞机的功率重量比与翼载荷的约束分析，可以确定 计算动力装置、电池重量系数所需的飞机功率重量比，同时也获得相应的翼载荷。考虑到 电动飞机的使用情况，选择飞机最小失速速度、爬升率、等高度稳定盘旋、巡航飞行速度 等指标来确定飞机的功率重量比与翼载荷。2.4 翼载荷和总体参数确定过程与参数权衡翼载荷和总体参数确定过程与参数权衡 小型电动无人机的总体参数确定过程： （1）电动飞机草图 （2）估算飞机极曲线 （3）在设计飞行时间条件下，通过电池实际
16、比能量和平均比功率曲线确定电池在飞机 巡航飞行时的实际比能量和平均比功率。 （4）在飞机设计巡航速度、爬升率等条件下，通过飞机功率重量比与翼载荷约束分析 选定飞机最大功率重量比、巡航功率重量比和翼载荷。 （5）由步骤（3）和（4）得出的结果计算出动力装置重量系数 f1、电池重量系数 f2。确定结构重量系数 f3 的值，例如 0.3。航空电子与任务设备重量 W4 在设计中是已知 的，故可由公式计算出飞机的起飞重量 Wr 飞机总体参数的权衡包括设计权衡、性能指标权衡等内容。在满足一定任务指标的初 步方案基础上，改变飞机的翼型、平面几何参数、功率重量比、翼载荷等参数，通过设计 权衡可以获得起飞重量和外形尺寸合适的优化方案。 事实上电动无人机的主要问题是电池比能量比功率低，比能量影响飞机的续航时间， 比功率影响飞机的飞行速度、爬升率等指标，电池性能对飞机的性能指标有很强的约束， 需要考虑在电池性能约束下的性能指标权衡。三、微型无人机的技术概述三、微型无人机的技术概述3.1 动力问题动力问题 要想研制出如此小的无人机面临着许多技术及工程问题。最大的困难是动力
