第二章无人直升机总体设计解读
小型四旋翼低空无人飞行器综合设计
3、传感器应用
传感器技术在小型四旋翼低空无人飞行器中扮演着重要的角色。通过使用多种 传感器，可以实现飞行器的定位、导航、控制等功能。为了保证数据的准确性 和可靠性，需要对传感器进行定期校准和维护。
实验结果与分析
通过仿真实验，本次演示提出的混合控制方法取得了显著的实验效果。在轨迹 跟踪实验中，飞行器能够快速准确地跟踪给定的轨迹，具有良好的动态性能和 稳定性。此外，通过与单一控制方法的对比实验，本次演示提出的混合控制方 法在跟踪精度和稳定性方面均表现出明显的优势。
结论与展望
本次演示针对四旋翼无人飞行器的非线性控制问题，提出了一种基于鲁棒控制 和滑模控制的混合控制方法。通过仿真实验验证了该方法的有效性。然而，仍 然存在一些不足之处，例如对飞行器的动态特性分析不够准确、控制系统的实 时性有待提高等。
设计思路
1、总体设计
小型四旋翼低空无人飞行器主要由机身、旋翼、遥控器等部分组成。机身采用 轻量化材料制成，以减小飞行器的重量，便于携带；旋翼则由四个电机驱动， 以实现飞行器的稳定飞行；遥控器则用于控制飞行器的飞行轨迹和高度。
2、硬件设计
硬件配置是小型四旋翼低空无人飞行器的核心部分，主要包括电池、传感器、 遥控设备等。电池选用高容量、轻量化的锂离子电池，以延长飞行器的续航时 间；传感器则采用GPS、加速度计、陀螺仪等，以实现飞行器的定位、导航和 控制；遥控设备则选用2.4GHz遥控器，以实现遥控设备的无线传输。
小型四旋翼低空无人飞行器综 合设计
01 引言
03 参考内容
目录
微小型四旋翼无人直升机建模及控制方法研究
第１页
国防科学技术大学研究生院学位论文 ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｍｉｃｒｏ／ｍｉｎｉ ｑｕａｄｒｏｔｏｒ ｉｓ ａｌｌ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ，ｎｏｖｅｌ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｔａｋｅ－ｏｆｆａｎｄ ｌａｎｄｉｎｇ Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ ＶｅｈｉｅｌｅｆＯＡＶ）ｆｏｒ ｂｏｔｈ ｍｉｌｉｔａｒｙ ａｎｄ ｃｉｖｉｌｉａｎ ｕｓａｇｅｓ．Ｂａｓｅｄ ＯＲ ａ ｓｕｍｍａｒｙ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｔａｔｕｓ ｑｕｏ，ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏ／ｍｉｎｉ ｑｕａｄｒｏｔｏｒ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｓ ｏｎ ｉｔｓ ｓｐｅｃｉａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｍａｉｎｌｙ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ Ｏｎ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌｉｎｇ，ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｃｏｎ仕ｏｌｌｅｒ ａｎｄ ｓｔａｔｅ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ．Ｓｏｍｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ
ｓ协ｎ酊ｏｆｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ ａｒｅ ｖａｌｉｄｉｔｙ．
Ｔｈｉｒｄｌｙ，ｔｈｅ Ａｃｔｉｖｅ Ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｓ Ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ Ｃｏｎ廿ｏｉｌｅｍ（ＡＤＲＣ）ａｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔ ｄｒｉｖｅｎ ｓｔａｔｅｓ ｏｆｔｈｅ ｑｕａｄｒｏｔｏｒ ｔｏ ｓｔａｂｉｌｉｚｅ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｆｌｉｇｈｔ ｈｅｉｇｈｔ；ｔｈｅ ＰＤ－ＡＤＲＣ ｄｏｕｂｌｅ ｄｏｓｅｄ ｌｏｏｐｓ ａｒｅ ｉｎ仃ｏｄｕｃｅｄ ｔｏ ｄｉｍｉｎｉｓｈ ｔｈｅ ｚｅｒｏ ｄ）ｍ珊ｎｉ晦ｔｈｅｎ ｔｈｅ Ｌｙａｐｕｎｏｖ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｄｏｕｂｌｏ ｃｌｏｓｅｄ ｌｏｏｐｓ ｉｓ ａｎａｌｙｚｃｄ’ＳＯ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｑｕａｄｒｏｔｒ ｃａｌｌ ｈｏｖｅｒ．１１圮ｖａｌｉｄｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅｓｅ
(M28)无人直升机系统框图介绍
（M28）无人直升机介绍M28无人直升机系统框图一、 M28无人直升机简介M28无人直升机经由多年的研究论证和试验研制，是目前中国军民用市场上具有完全自主知识产权的最成熟、载重量最大的国产无人直升机。
M28无人直升机动力系统发动机发电机共轴反桨动部件自动驾驶系统GPS 大气数据机惯性测量单元气压高度计无线电高度计磁航向计捷联惯导舵系统舵机舵机驱动系统光电吊舱增稳云台可见光、红外影像M28无人直升机参数介绍旋翼直径 5.1m机身高度 2.2m机身宽度 1.5m总重380kg（海平面）有效载荷80kg （海平面）续航时间3~4小时动升限3000m最大飞行速度120km/s巡航速度100km/s悬停定位水平方向CEP(圆概率误差)< 5m 悬停定位高度方向误差<1.8m直线航线飞行误差<15m数传电台有效距离10－180KmM28总体尺寸设备舱尺寸如图所示：M28外型图M28总体尺寸M28设备舱尺寸完全自主起降M28无人直升机采用完全自主垂直起降系统，不需要人为干预即可以完成从起飞、航线飞行到降落的整个过程。
有效载荷80公斤M28无人直升机以反桨共轴直升机为机体，无尾桨的气动特点使其结构紧凑，动力效率高，避免了飞行中比例高达75％的由尾桨失效引起的事故，尤其适用于海上平台起降。
其有效商用载荷达到80公斤，一个外挂架和一个尺寸为50cm ×50cm×40cm的载荷舱均可使用。
多余度设计M28无人直升机采用HeliAP自动驾驶仪和整体设计的机身，具有可靠的多余度飞行控制和舵系统，用户通过10－180公里的可靠数据链路和简洁的图形用户界面甚至可以操纵直升机在雨中完成从起飞到着陆的整个任务。
M 28无人直升机的机身采取单体横造的高级复合材料外壳，它提供了卓越的强度/重量比例，动力传动系统原件航空级铝钛材料。
北京拓云海智能设备技术有限公司正与民航局密切合作，确保了设计、生产和系统的运作符合有关民航条例。
无人机概论(第2版)课件：无人机系统组成
无人机系统组成 多旋翼无人机机体结构
2. 机架 (3)碳纤维机架
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无人机系统组成 多旋翼无人机机体结构
2. 机架 (3)碳纤维机架
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无人机系统组成 多旋翼无人机机体结构
2. 机架 机架的主要作用 （1）提供安装接口。 （2）提供整体的稳定和坚固的平台。 （3）起落架等缓冲设备。 （4）保证足够低的重量。 （5）提供相应的保护装置。
2.如果按机翼弦平面有无上反角来分,可分为上反翼、无上反翼与下反翼三种类型。
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无人机系统组成 多旋翼无人机机体结构
1.组成 多旋翼无人机组成一般包括机架起落架、电机和电调、电池、螺旋桨、 飞控系统、遥控装置、GPS模块、任务设备和数据链路。 2. 机架 机架按材质一般可以分为以下几种类型： (1)塑胶机架 主要特点是具有一定的刚度、强度和可弯曲度。 (2)玻璃纤维机架 主要特点是强度比较高，重量轻。 (3)碳纤维机架 其特点是价格要贵一些，但重量要轻一些。
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无人机系统组成 多旋翼无人机布局
多旋翼按形状分为：十型，X型，H型，Y型，上下布局等等。 1.十字型布局 特点：十型多旋翼是最早出现的一种气动布局，只需改变少量电机转速 就可实现。 2.X型布局 特点：X型多旋翼是目前最常见的，相比于十型多旋翼，前后左右动作时 加减速的电机较多，控制比较迅速和有力。 3.H型布局 特点：其特点在于比较易于设计成水平折叠结构，看起来比X型厚重，又 拥有与X型相当的特点，结构简单，方便控制。
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无人机系统组成 燃气涡轮发动机
2.涡轮喷气发动机 “涡喷”发动机是利用核心机出口燃气的可用能量，在发动机尾喷管中转变 成燃气的动能，以很高速度从喷口排出而产生推动力的一种涡轮发动机。 涡喷发动机转速高、推力大、直径小，主要适用于超音速飞行，缺点是耗油 率大，特别是低转速时更大，故经济性差。此外，由于排气速度大，噪声也 大。
小型直升机制作课程设计
小型直升机制作课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解小型直升机的构造原理，掌握相关飞行器的基础知识。
2. 学生能了解并描述小型直升机的各个组成部分及其功能。
3. 学生能掌握与小型直升机制作相关的科学概念，如力的作用、空气动力学原理等。
技能目标：1. 学生能运用所学知识，独立完成小型直升机的制作。
2. 学生在制作过程中，能熟练使用工具，具备基本的动手操作能力。
3. 学生能通过实际操作，培养观察、分析和解决问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 学生在课程中，培养对科学技术的兴趣，激发创新意识和探索精神。
2. 学生在团队合作中，学会沟通与协作，培养集体荣誉感。
3. 学生在课程实践中，认识到科技与社会生活的紧密联系，增强社会责任感。
课程性质：本课程为实践性强的科技制作课程，注重学生的动手操作能力、创新意识和团队合作精神。
学生特点：六年级学生具备一定的科学知识基础，好奇心强，喜欢动手实践，善于观察和思考。
教学要求：教师需引导学生将理论知识与实际操作相结合，鼓励学生创新，关注学生个体差异，使学生在课程中取得具体的学习成果。
通过课程设计和评估，确保学生达到预定的学习目标。
二、教学内容1. 小型直升机概述：介绍小型直升机的定义、分类及其在现实生活中的应用。
教材章节：第一章 飞行器概述2. 小型直升机的构造与原理：讲解小型直升机的各个组成部分，如机身、主旋翼、尾旋翼、发动机等，并探讨其工作原理。
教材章节：第二章 飞行器构造与原理3. 制作小型直升机所需材料与工具：介绍制作过程中所需的各种材料、工具及其使用方法。
教材章节：第三章 制作工具与材料4. 小型直升机制作步骤：详细讲解小型直升机的制作流程，包括图纸设计、材料加工、组装、调试等。
教材章节：第四章 制作步骤与实践5. 飞行原理与调试：分析小型直升机飞行时的空气动力学原理，指导学生进行飞行调试，确保直升机稳定飞行。
教材章节：第五章 飞行原理与调试6. 安全事项与维护保养：强调制作过程中应注意的安全问题，介绍小型直升机的日常维护与保养方法。
110公斤级无人直升机解析
110公斤级飞行机器人载具主要技术参数
• 1，主要技术参数 空气动力布局：单旋翼带尾桨式布局 最大起飞重量：110公斤 有效载荷：30公斤 旋翼直径：3.26米 旋翼桨叶弦长：0.132米 旋翼实度：0.0515 桨尖速度：185米/秒 尾桨直径：0.40米 载油量：20K公斤 2，主要性能 无地效悬停高度：560米 最大速度（海平面）：90千米/小时 最大航程（海平面）：120千米 最大航时（海平面）：1.5小时 使用升限：3000米 活动半径：30千米
沈阳通飞航空科技有限公司
1，军事方面： 可用于前沿目标侦察;地面火炮炸点校 射;电子对抗；航测等。 2，民用方面： 可用于航拍;输电线路巡检；油气管线巡检； 水灾、森林火灾监测；农田、果园病虫害 防治等。
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空气动力布局：单旋翼带尾桨式布局 最大起飞重量：110公斤 有效载荷：30公斤 旋翼直径：3.26米 旋翼桨叶弦长：0.132米 旋翼实度：0.0515 桨尖速度：185米/秒 尾桨直径：0.40米 载油量：20公斤 无地效悬停高度：560米 最大速度（海平面）：90千米/小时 最大航程（海平面）：120千米 最大航时（海平面）：1.5小时 使用升限：3000米 活动半径：30千米
飞行机器人载具设计原则
1, 先进性： 该飞行机器人载具，从飞行原理，结构布 局，材料、标准件，复合材料选用等方面要体 现先进性。 2，可行性： 设计工作充分考虑加工工艺的可行性，从 实际出发，结合国情，选用新技术、新材料， 新工艺。 3, 低造价： 总造价控制在 30 万左右。
总体布局特点
• 用途定位：飞行机器人的用途定位于，机载的主系统为摄 像系统。摄像系统在军事上可用于侦察，地面火炮射击校 射，航测等；民用方面可用于航拍，石油管线、输电线路 的巡检，森林火灾监测等。 • YAMAHA RMAX定位于农业的农药喷洒 • 用途的定位，决定载荷的性质，载荷的性质决定总体布局 装载摄像系统是固定载荷，装载农药是变载荷。 • 对变载荷，载荷的位置在飞行机器人的重心附近。载荷的 变化，不影响飞行器质量的分布的偏移。 • 固定载荷不存在重心变化的问题，但摄像系统要求有最佳 的视场环境（前置最有利）。
Z-5型无人直升机
Z-5型无人直升机系统1.工作原理无人直升机具备垂直起降、定点悬停、灵活机动、载荷挂载便捷等优点，可以长时间在特定区域进行侦察监视、广播宣传、投撒宣传品、投放防爆武器、通信中继等活动，从而受到了世界各国军方的高度重视。
受场区条件及使用条件约束，我军对无人直升机系统的需求更为迫切。
受各方面技术条件的约束，我国无人直升机尚未形成定型装备，尽快研制出符合军方需求的无人直升机系统的需求越来越迫切。
无人直升机系统主要由直升机平台分系统、地面测控站分系统、机载任务设备分系统和地面测试保障分系统组成。
1.1系统工作原理整体系统结构图如图1所示：Z-5型无人直升机的总体气动布局结构图：图1 总体气动布局图无人直升机的三维外形图和布局图如下图2-3所示：图2 无人直升机三维外形图3图3 系统组成框图42.战技指标和功能性能2.1技术指标2.1.1总体技术指标测控距离：≥150km有效载荷：≥50～80kg任务准备时间：≤30分钟抗风能力：≥6级MTBF: ≥18hMTTF: ≤0.5h2.1.2分系统技术指标3.1.2.1无人直升机平台系统最大起飞重量：≥450kg最大平飞速度：≥160km/h巡航速度：≥120km/h续航时间：≥6h使用升限（可悬停）：≥3500m（海拔，满载荷、满燃油）控制和导航方式：遥控、GPS自主导航3.1.2.2地面测控站作用距离：≥150km（无线电通视）工作频段：符合GJB相关标准遥控系统：指令容量：≥50条（可编程）数据误码率：≤10-5遥控指令差错率：≤10-6遥测系统：数据误码率：≤10-5视频信号加密方式： 15位伪随机码3.1.2.3任务设备机载侦察监视设备包括：陀螺稳定平台、捕获电视、主控分系统、数据下载及播放软件。
能够遥控跟踪、自主搜索捕获并稳定跟踪目标；能够实时对观察区域的目标进行搜索、识别与监视，所获得的凸显稳定清晰；图像信息显示内容包括：电视图像及十字丝、时间（时、分、秒、毫秒）、方位角、高低角；遥控开关机、数据记录和光学参数调整等功能由遥控指令触发；具有质心跟踪和相关跟踪2种跟踪方式；系统具有自检功能。
第2章 无人机结构与系统组成
➢ 电池
电池三要素：正极、负极、电解质
锂聚合物电池
正极（+）：导电高分子聚合物 负极（-）：锂金属或锂碳层间化合物 电解质：固态或胶态高分子电解质
CAR情报局
2.2 无人机动力系统
2.2.1 电动动力系统
➢ 电池
CAR情报局
优点： 1.没有多余的电解液，因此它更可靠更稳定。 2.采用铝塑包装，内部出现问题可立即通过外包装表现出来，即鼓胀。 3.具备高分子材料所特有的质量轻、弹性好、易成膜等特性，也顺应了化学电源质量
2.6 无人机发射/回收系统
CAR情报局
发射与回收技术的应用有，从在现成的场地上进行的常规起飞及降 落，到使用旋转翼或风扇系统垂直降落等。弹射也是无人机常用的发 射方式，它使用引爆式火箭或气动、液压两者结合的方式。
CAR情报局
1—螺旋桨减速器 2—进气口 3—压气机 4—燃烧室 5—燃气涡轮 6—喷管
涡桨发动机的组成
2.3 无人机控制站与飞行控制系统
CAR情报局
2.3.1 无人机控制站
无人机地面站也称控制站、遥控站或任务规划与控制站。在规模 较大的无人机系统中，可以有若干个控制站，这些不同功能的控制 站通过通信设备连接起来，构成无人机地面站系统。
3.1
2.9
2.7
2.5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 放电时间（min）
锂聚合物电池放电时间图
2.2 无人机动力系统
2.三: 电池容量
CAR情报局
➢ 容量：用毫安时（mAh）来表示 即电池以某个电流来放电能维持一小时。 1000mAh：电池能保持1000毫安（1安培）放电一小时。
直升机总体课程设计
直升机总体课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解直升机的基本结构、工作原理及分类。
2. 学生能够掌握直升机的主要性能指标及其影响因素。
3. 学生能够了解直升机在军事、民用领域的应用及其重要性。
技能目标：1. 学生能够通过观察、分析，识别直升机的各种部件及其功能。
2. 学生能够运用所学知识，分析直升机性能与设计参数之间的关系。
3. 学生能够运用团队合作，设计并制作一个简易的直升机模型。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对直升机及其相关领域的兴趣，激发学生探索科学技术的热情。
2. 培养学生尊重和珍视团队合作，树立良好的团队协作意识。
3. 培养学生关注国家航空事业的发展，增强国家荣誉感。
课程性质：本课程为直升机相关知识的学习，结合理论教学与实践操作，以提高学生的理论素养和实际操作能力。
学生特点：学生处于好奇心强、动手能力逐渐提高的年级，对直升机有一定的兴趣，但相关知识体系尚不完善。
教学要求：教师应注重理论与实践相结合，关注学生的个体差异，引导学生在探究中学习，培养学生的创新精神和实践能力。
通过课程目标的分解，使学生在知识、技能和情感态度价值观方面取得具体的学习成果，为后续教学设计和评估提供依据。
二、教学内容1. 直升机概述- 直升机的定义、发展历史- 直升机的分类及特点2. 直升机基本结构- 机体结构、动力装置- 旋翼系统、尾桨系统- 起落架、飞行控制系统3. 直升机工作原理- 旋翼的空气动力学原理- 直升机的稳定性和操纵性- 直升机的主要飞行性能指标4. 直升机的应用领域- 军事应用：侦查、作战、救援等- 民用应用：交通、旅游、消防、医疗等5. 直升机设计与制作- 直升机设计原则与流程- 直升机模型制作方法与技巧- 团队合作与分工教学内容安排和进度：第一课时：直升机概述、基本结构第二课时：直升机工作原理、应用领域第三课时：直升机设计与制作（理论）第四课时：直升机设计与制作（实践）教学内容与教材关联性：本教学内容与教材中关于直升机的基础知识、工作原理和应用领域等内容密切相关，旨在帮助学生构建完整的直升机知识体系，培养学生的实践操作能力。
直升机总体设计
第二章 直升机设计技术要求和评 价直升机设计方案的准则
直升机设计的依据：直升机设计技术要求
军用直升机：战术技术要求
民用直升机：使用技术要求
直升机研制必须具有明确的指导思想：
正确的研制指导思想应充分考虑有关主客观的条件，工程设计 的一般规律，还应反映国家对直升机发展和应用的方针政策，各种 用户的要求，以及国内外技术水平和动向等一系列情况，并进行综 合分析。 错误的研制指导思想常常会将研制工作引入歧途，造成时间、财 力和人力的大量浪费。 应该把确定正确的指导思想作为研制工作的首要问题来对待，并 将其贯彻始终，以求达到预期目的。
设计定型与适航审定：
1、军用直升机的设计定型由国家组织专门的定型委员会依据 研制总要求和设计规范对新机研制全过程进行审查、考核 和验收，通过后颁发定型证书；
2、民用直升机适航条例（CCAR-27部、CCAR-29部）是民用 直升机最低安全标准 。民用直升机在适航管理上实施“型 号合格证（TC证）、生产许可证（PC证）和单机适航证 （AC证）”三证管理，民用直升机只有在该型号获得型号 合格证，单机又取得适航证后才能进入民用市场。
2.3 评价直升机设计方案的有效性准则
为了对直升机总体设计方案进行评价和优选，需要有一个评价 准则；一般最通用、最普遍或最广义的有效性准则就是这种直升 机所完成的有效功与为研制和使用该直升机所花费的总费用之 比——效费比。 当一个总体方案能满足战术（使用）技术要求时，则认为这个 方案是可行的，但它不一定是最优方案。 对有效性准则的一般要求： 尽可能全面地反映对直升机提出的各种要求；
2.1 直升机设计技术要求
2.1.1 直升机设计技术要求的主要内容：
1、直升机的任务使命或用途 （1）任务使命或用途
无人机总体设计
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2019/11/12
扑翼无人机视频
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1.4.2.2 无人机种类或型式选择：固定翼
1、常规飞机布局 与有人飞机的常规式布局类似，平尾和垂尾后置的布局，有时设计V形 尾代替平尾和垂尾。 但无人机的机身体积较小，动力系统通常为前置螺旋桨或涡轮（或冲压 ）喷气发动机。
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航标 HB 6717
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飞行性能要求：
续航时间 航程
飞行高度 飞行速度 本体尺寸 有效载荷质量 爬升率 经济性 可靠性 发射回收方式
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1.4.2.1 无人机系统技术要求
• 根据任务确定，分正常任务载重和最大任务载重 • 需要在一定的环境适应性考虑航程指标，与任务信息传输能力有关 • 最大使用高度、巡航高度、最低飞行高度、使用升限 • 最大飞行速度，巡航速度、最小速度、最大爬升速度 • 能够影响其使用性能和抵抗恶劣环境的能力 • 衡量能够携带任务载荷多少的指标 • 单位时间内上升的高度 • 与任务重要性有关； • 可用性、可靠性、可维修性、安全性、便携性 • 直接影响无人机的易用性
3、多旋翼无人机 目前有四旋翼、六旋翼、八旋翼等小型无人机，每一对旋翼旋转方向相反 ，以抵消反扭矩。利用对角旋翼转速差动来改变航向。
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1.4.2.2 无人机种类或型式选择：混合式
1、倾转旋翼无人机 相当于螺旋桨安装在无人机上，螺旋桨（旋翼）可以绕机体Y轴线倾 转，起飞时旋翼呈水平位置可以像直升机一样垂直起飞和悬停，而 旋翼转至垂直位置则可像固定翼飞机一样飞行。 实现倾转旋翼无人机的关键是倾转过程中的自动控制技术。
直升机总体设计课程设计
直升机总体设计课程设计一、课程目标知识目标：1. 了解直升机的基本结构、原理及其组成部分的功能；2. 掌握直升机总体设计的基本流程、方法和评价指标；3. 掌握直升机飞行性能、稳定性和操纵性的基本知识；4. 了解直升机设计中的限制因素和优化方法。
技能目标：1. 能够运用直升机总体设计的基本方法，进行初步的直升机设计方案制定；2. 能够分析直升机的飞行性能、稳定性和操纵性，提出改进措施；3. 能够运用相关软件工具，进行直升机总体设计的计算和分析；4. 能够撰写规范的直升机总体设计报告，并进行口头汇报。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对直升机总体设计及相关工程问题的兴趣，激发创新意识；2. 培养学生严谨、务实、团结协作的科学态度，增强工程实践能力；3. 培养学生关注国家航空事业的发展，树立民族自豪感和社会责任感；4. 培养学生尊重知识产权，遵循职业道德，具备良好的职业素养。
课程性质：本课程为专业选修课，以直升机总体设计为主线，结合理论知识与实践操作，旨在提高学生的专业素养和工程实践能力。
学生特点：学生具备一定的航空基础知识，对直升机设计有一定兴趣，但实践经验不足。
教学要求：结合课程性质和学生特点，注重理论与实践相结合，强化设计方法与工程实践能力的培养，提高学生的综合素质。
通过课程学习，使学生能够达到上述具体的学习成果。
二、教学内容1. 直升机基本原理与结构：包括直升机分类、旋翼原理、尾桨作用、机身结构等；参考教材章节：第一章《直升机概述》2. 直升机总体设计流程与方法：介绍直升机设计的基本步骤、方法和评价指标；参考教材章节：第二章《直升机总体设计方法》3. 直升机飞行性能分析：涉及飞行速度、升限、航程、载荷等方面的知识；参考教材章节：第三章《直升机飞行性能》4. 直升机稳定性与操纵性分析：研究直升机的稳定性、操纵性及其影响因素；参考教材章节：第四章《直升机稳定性与操纵性》5. 直升机设计限制与优化：探讨设计过程中的限制因素、优化目标及方法；参考教材章节：第五章《直升机设计限制与优化》6. 直升机总体设计实践：结合实际案例，进行直升机设计方案制定、计算与分析；参考教材章节：第六章《直升机总体设计实践》7. 直升机总体设计报告撰写与口头汇报：规范报告格式，锻炼学生表达与沟通能力。
飞行器结构设计 第二章PPT课件
主要疲劳载荷，机动飞行的种类,飞行次数等；
3.增压载荷：气密压舱一个飞行起落中，压力的变化，增压载 荷的变化规律，作用次数等统计；
4.着陆撞击载荷：一个起落一次撞击，撞击载荷的强度；
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2.3 复杂载荷情况
⑤ 地面滑行载荷：指地面滑行飞机颠簸所受到的载荷，与飞 机跑道的质量、飞机的重量等有关；
④ 规范中的过载系数可供选择 (飞行包线上给定）。
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2.3 复杂载荷情况
飞机是一种反复使用的运载工具或作战武器。 服役期内会遇到各种载荷。
设计中，不仅应掌握典型设计状态中的极限 载荷及其对结构作用的分析方法，（以作为飞机 结构极限能力的设计依据）；还应把握这些载荷 的变化规律，作用次数等统计规律，因为这些虽 未达到极限状态，但长期作用仍对结构有破坏作 用，这就是通常所说的疲劳载荷。
⑥ 发动机动力装置的热反复载荷；
⑦ 地-空-地循环载荷：飞行地面滑行时的1g载荷变化到空中 飞行的1g载荷，这种均值载荷的变化也是疲劳载荷；
⑧ 其他：机翼尾流p 对尾翼的周期性作用
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2.3 复杂载荷情况
作 用：
① 设备工作的影响； ② 人员的不适； ③ 结构疲劳导致缺陷生长成裂纹并不断发展，最终导致断裂 ④ 疲劳载荷是飞机设计中最重要的考虑因素，是定寿的基本依据。 二、其他特殊情况载荷 1、非正常状态载荷: 单发停车、尾旋、单轮着地、打地转、机头碰地、飞
Hale Waihona Puke 空气动力噪音：附面层压力波动、尾流、激波振荡
武器发射噪音：机炮、导弹、火箭发射
5、瞬时的响应载荷
起飞助推、外挂物投放、弹射等对飞机结构作用
无人直升机设计概论
■1）概念设计（Conceptural Design） 2）初步设计 （Preliminary Design） 3）详细设计（Detail Design）
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概念设计（方案设计或总体设计）
概念设计阶段的任务是依据设计技术要求形成对所设计无人直 升机的构思及基本概念, 并拟定出能满足设计要求的初步技术方 案。现代无人直升机设计都采用计算机辅助设计, 因此, 在这个 阶段中通常可以选择几个方案进行对比分析, 经过充分论证后初 步确定无人直升机的构型和气动布置方案。
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无人直升机分类
按照功能分 军用无人直升机
按照大小分 微型无人直升机 小 于 1kg
侦查无人直升机
小型无人直升机 1-100kg
电子对抗无人直升机 通信中继无人直升机
中型无人直升机 1001000kg
攻击无人直升机
大型按无照人活直动升半机径分1000kg以上
无人直升机靶机 民用无人直升机
上海雏鹰公司的LE-110无人直升机
机
• 注: 另有仿制的小型无人直升机
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已有无人直升机一览（续）
（一）单旋翼/尾桨式（续）
★ 国外研制成功的单旋翼/尾桨无人直升机
美国: VIGILANTE 496
无人机总体设计报告
无人机总体设计
一种新型临近空间无人飞行器的设计 课程项目总结报告
1
目录 前言 .................................................................................................... 4 第一章 总体设计与分析 .................................................................... 5 1.1 概念介绍................................................................................ 5 1.2 设计背景................................................................................ 5 1.3 设计定位................................................................................ 6 1.4 设计灵感................................................................................ 7 1.5 结构外形................................................................................ 8 1.6 运动模式................................................................................ 9 第二章 气动布局设计与分析 ........................................................... 12 2.1 背景介绍.............................................................................. 12 2.2 主要设计思想 ...................................................................... 12 2.3 设计过程（矩形机翼） ....................................................... 12 第三章 结构设计与分析 .................................................................. 16 3.1 设计要求.............................................................................. 16 3.2 参考方案.............................................................................. 16 3.3 分析与选择.......................................................................... 18 第四章 能源、推进设计与分析 ....................................................... 20 4.1 相关资料.............................................................................. 20 4.2 任务分析.............................................................................. 21 4.3 能源可行性论证 .................................................................. 21 第五章 动力学分析与飞行控制 ....................................................... 23
无人机系统结构与设计课件：无人直升机
无人直升机的优点
气动特性对称
无人直升机的优点
外廓尺寸紧凑
无人直升机的优点
共轴式直升机
无人直升机的优点
共轴式直升机
§4 无人直升机的缺点
无人直升机的优点 共轴双桨直升机
无人直升机的优点 共轴双桨直升机
目录/CONTENTS
§1 无人直升机概述 §2 无人直升机结构 §3 无人直升机的优点 §4 无人直升机的缺点
§1 无人直升机概述
无人直升机概述
无人直升机概述 单旋翼带尾桨无人直升机
无人直升机概述
共轴无人直升机
§2 无人直升机结构
无人直升机结构
无人直升机结构
机体
无人直升机结构
旋翼
无人直升机结构
旋翼
无人直升机结构
铰接式旋翼
无人直升机结构
铰接式旋翼
无人直升机结构
无铰式旋翼
无人
无铰式旋翼
无人直升机结构
尾桨
无人直升机结构
尾桨
无人直升机结构
尾桨
无人直升机结构
尾桨
无人直升机结构
尾桨
无人直升机结构
起落装置
§3 无人直升机的优点
无人直升机的优点 方便维护无尾桨结构
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图2-1 直升机的典型使用曲线
5．重量——最大起飞重量、正常起飞重量、空机重量、燃油重量、 最大任务载荷等 6、几何尺寸——全机尺寸、旋翼直径、高度等 7、飞行姿态平稳度——俯仰角、滚转角、偏航角平稳度 8、航迹控制精度——无人机定位导航精度、航迹控制精度 9、目标定位精度——对侦查无人直升机要提出目标定位精度或者校 射精度等特殊要求 10、控制半径——地面测控与信息传输设备与无人直升机之间进行测 控和信息传输的最大距离。 11、环境适应性——参照gjb-150的规定气候环境、力学环境、生物环 境、其他特殊要求 12、可靠性与维修性——GJB368A，GJB450A，GJB2547等无人机的 可靠性与维修性要求 可用性-起飞准备时间、再次起飞时间、准备撤收时间 可靠性-基本可靠性和任务可靠度。基本可靠性为：平均故障 时间。任务可靠度：根据无人机任务剖面确定任务可靠度。
设计定型：
无人直升机的设计定型由专门组织的定型委员会依据研制总要 求和设计规范对新机研制全过程进行审查、考核和验收， 通过后颁发定型证书；
生产定型： 经过设计定型或技术鉴定后的无人直升机系统，新产品生产还 可能会有一定的更改，特别是工艺改进，改进后的无人直 升机系统进入小批量生产。首批生成的无人直升机，经检 验、试飞、工艺质量审查、确认其符合批量生产标准，质 量稳定可靠后，生产定型，转入批生产。
1.1 无人直升机设计技术要求
无人直升机系统因无人直升机的任务不同而不同 1.1.1 设计技术要求的主要内容：
1、任务使命或用途 （1）任务使命或用途
（2）使用环境条件
2、主要装载情况 （1）武器 （2）特种设备 （3）任务载荷
3．主要飞行性能 （1）悬停升限（有地效，无地效）或垂直爬升率 （2）使用升限或最大爬率 （3）最大平飞速度 （4）续航时间或航程（或活动半径） （5）单发停车性能（装有多台发动机的情况）。 4、典型任务剖面（表示无Leabharlann 直升机完成典型任务的飞行航线综合图）
无人直升机研制必须具有明确的指导思想：
正确的研制指导思想应充分考虑有关主客观的条件，工程设计 的一般规律，还应反映国家对直升机发展和应用的方针政策，各种 用户的要求，以及国内外技术水平和动向等一系列情况，并进行综 合分析。 错误的研制指导思想常常会将研制工作引入歧途，造成时间、财 力和人力的大量浪费。 应该把确定正确的指导思想作为研制工作的首要问题来对待，并 将其贯彻始终，以求达到预期目的。
1、长期计划，也就是合理分配军费以及主要武器系统的投资
2、根据实力轻重缓急安排项目 3、某一项目的投标方案选择
4、对正在实施的无人直升机项目进行控制
5、在无人直升机使用保障阶段，对各种后勤方案进行比较 6、更换新的无人机及设备，研制新无人机
无人直升机系统寿命周期费用分析的程序：
LCC分析程序因不同的应用情况而变化，通常采用全寿命费用分 析模型来估算和比较各种备选方案。对于具体的无人直升机要做 专门具体的分析，以便适合于要解决的问题，全寿命费用分析的 过程是反复进行的，分析技术可以应用于全寿命周期的任意阶段。
无人直升机系统效费分析的基本程序：
确定任务和目标 系统描述
建立假设，给定效能和费用的约束条件 拟定系统备选方案 全寿命费用分析 效能分析
建立决策准则集者决策空间 权衡备选方案 分析风险和不确定性 评价与反馈 输出结果
无人直升机效费比
根据前面的分析可见，单从费用角度看，费用越低越好，得出无 人直升机越简单越好。从效能角度看，效能越高越好，得出无人 直升机越先进越复杂越好的结论。 因此二者明显具有片面性，因为无人直升机越简单，效能越低， 失去了实际意义。无人直升机效能越高，费用急剧增加，造成经 费的不必要浪费，影响部队的整体优化配置。 因此必须从无人直升机全寿命周期费用和效能两个方面考虑问题， 因此引入效费比的概念：单位无人直升机全寿命周期费用所获得 的无人直升机效能
技术要求的论证： 1. 需求（作战、使用），对军用无人直升机还有威协 分析；
2.
3. 4. 5. 6.
现有装备存在的缺陷或不足；
技术、经济可行性分析； 提出战术技术（使用技术）要求； 做出风险分析； 明确研制计划与周期。
1.1.2 (无人直升机技术要求)
小型无人直升机small unmanned helicopter 一、定义： 1、概述 2、任务 应能完成的任务：基本任务和辅助任务 二、特性： 1、性能特性 （1）基本特性 （2）停车性能 （3）机动性 （4）操纵性和稳定性 （5）空气动力学特性
M=
E ALCC
提高无人直升机效费比途径
1、效能不变，降低费用
2、费用不变，提高效能 3、提高效能，降低费用
M=
E ALCC
4、显著提高效能，费用略有增加
5、费用显著降低、效能略有下降 不同情况下需要采取不同的途径提高无人直升机的效费比
直升机使用的国民经济有效性
主要考虑以下内容：
该型号技术发展远景，技术效果和生产率；
•论证、研制、试验和鉴定费用CRDTE
•生产采购费用CACQ包括制造费用CMAN制造商利润CPRO
•使用费用COPS用户在使用期间发生的费用 •处置费用CDISP无人直升机报废后的处置费用
LCC= CRDTE+ CMAN+ CPRO+ COPS+ CDISP
无人直升机系统寿命周期费用分析的目的：
LCC分析是一种对资源分配进行决策的系统分析方法，主要用于评价 不同备选无人直升机方案、备选生产流程、备选保障方式。主要目 的是：
2、设计特性 （1）重量 （2）结构设计准则 3、可靠性 4、维护性 5、可用率 6、环境条件 7、残存性和易损性 8、使用寿命 三、设计与构造： 1、材料性质 2、残存性 3、标准件和材料
四、各功能区的特点： 1、机体 2、起落装置 3、动力系统 4、仪表和导航设备 5、航空电子设备 6、直升机地面移动 7、货物运输
可以进行定量分析；
简单明了，易于在研制阶段运用。
通常评价准则分为三个层次（三级）：
第一级包括功能有效性准则，生产有效性准则和使用有效性准则。 从完成基本任务的有效程度及其技术完善程度出发进行评价的准则 是功能有效性准则；（生产率、重量效率、任务效能） 从结构工艺性和生产条件出发进行评价的准则是生产有效性准则； （劳动量、材料利用系数等） 从使用品质观点来评价的准则是使用有效性准则。（技术维护工时 比、每小时技术维护工作量） 第二级是从经济性观点出发，评价一架直升机在使用时的经济性准 则。（全寿命周期费用、效-费比）
第三级是从经济学观点来评价一种机型在完成一定国民经济任务时 的经济性准则，它是最高一级的准则。
无人直升机系统寿命周期费用构成与概念：
*无人直升机项目的全寿命期是指从项目需求调查、项目可行性论证、 方案论证、生产制造、使用和产品支援以及到寿命后报废处置整个 从项目产生到终结的全过程。
*无人直升机项目全寿命周期内各阶段发生的费用(LCC)总和，称为 无人直升机项目的全寿命周期费用。有四个部分组成：
新机设计、制造和投入使用的周期； 工业生产的可能性，技术和生产工艺发展的远景；
新机生产规模和劳动量；
进一步改进结构后所能达到的水平和发展趋势； 结构材料的资源和远景；
提供给工业部门的物力和人力的合理使用；
技术装备使用条件和新机应用等方面的水平和发展远景； 在技术使用范围内物力和人力资源的合理使用等。
效能评估方法
指数法评估使用效能被广泛采用，这种方法结构简单，使用方便 。 例：无人直升机任务效能 C=lnB+ln(1+A1)+ln(1+A2)+ln(1+A3)+ln(1+A4) 式中： B——机动性指数；
A1——武器性能指数；
A2——探测设备性能指数； A3——电子对抗设备性能指数；
A4——生存能力指数
1.3 评价无人直升机设计方案的有效 性准则
为了对无人直升机总体设计方案进行评价和优选，需要有一个 评价准则；一般最通用、最普遍或最广义的有效性准则就是这种 直升机所完成的有效功与为研制和使用该直升机所花费的总费用 之比——效费比。 当一个总体方案能满足战术（使用）技术要求时，则认为这个 方案是可行的，但它不一定是最优方案。 对有效性准则的一般要求： 尽可能全面地反映对直升机提出的各种要求；
4、供权衡分析用的数据应当基本可信
效能
无人直升机的效能
定义：指该武器装备完成预定作战任务能力的大小。 无人直升机作战效能应包括任务能力、可用度、可靠度、 保障度四个方面。 E=C×A×D×S 式中： E——效能； C——任务能力； A——可用度； D——可靠度； S——保障度。
效能评估的特点
1、可比性 2、综合性 3、局限性
维修性-无人机系统的平均修复时间不大于规定值 耐久性-无人机机体寿命和动力装置首翻期 软件可靠性-按照相应的国军标保证软件可靠性，GJB347， GJB438A，GJB439，GJB1267，GJB2787，等。 13、保障性——考虑无人机的二级维修基层级（系统的功能自检、性 能测试、故障诊断）、基地级 14、安全性——无人直升机系统的操作安全 15、隐身性与目标特性——视觉隐身，雷达隐身，红外隐身，声隐身 16．其他要求 起落场地，自转着陆，水面起降，抗风抗浪，运输条件，三防，机 动性等等。
1.1.3 特殊要求举例
表2-2 直升机被撞部位统计 撞击部位 旋翼桨叶 旋翼轴 尾 桨 尾 梁 风挡玻璃 机 头 起落架 机 翼 其他部位 不 详 总 计 撞击次数 620 16 148 21 48 53 28 2 15 231 1182 % 52.5 1.4 12.5 1.8 4.0 4.5 2.4 0.2 1.3 19.5 100