无人直升机

旋翼Rotary-wing无人机平台
多轴multirotor
无人飞艇平台及系留气球
无人机的系统组成：
• 无人机涉及的技术领域： 1、控制、导航 2、电子通信 3、机械机构设计及优化 4、空气动力学特性 5、图相处理 6、材料科学及加工工艺
二、直升机
直升机主要由机身和升力（含主旋翼和尾翼）、动力、 传动三大系统以及机载飞行设备等组成。旋翼一般由涡轴发 动机或活塞式发动机通过由传动轴及减速器等组成的机械传 动系统来驱动，英国工程师也曾经设计了一种由桨尖喷气产 生的反作用力来驱动。
• 目前,美、英、法、德等国都先后提出其无人作战飞机研究方 案和技术验证计划,但各国的无人作战飞机多数尚处于论证、 研制和试验阶段, 预计无人作战飞机可能将于2015到2025年投 入实战应用。
按用途分类：
军用无人机可分为侦察无人机、诱饵无人机、电子对抗无人机、通信中 继无人机、无人战斗机以及靶机等。
直升机上方巨大的螺旋桨叫“主旋翼”，其实就是一副旋转的机翼，它为直升 机提供升力、并且完成升降等复杂动作。 垂直升降：
主旋翼的升力大小是依靠改变叶片倾角改变，即改变桨距角。桨距角增大，则 升力增强，直升机就实现了垂直爬升； 桨距角减小，则升力减弱，直升机实现垂 直下降。 水平位移（俯仰和横滚）：
直升机的原地平移是通过控制主旋翼的中轴朝相同的方向倾斜，利用倾斜产生
20世纪90年代至今 美国的RAH-66和S-92，国际合作的虎、NH90和EH101等 涡轮轴发动机三代，耗油率低。桨叶采用高级复合材料，寿命达到无限。新 型桨尖形状繁多，降低旋翼的振动和噪声，提高旋翼的气动效率，效率达到 0.8。旋翼系统级机身广泛采用复合材料，使结构更为紧凑，重量大为降低， 阻力大大减小，空中/总重达到0.35。
• 为此,在现代战争中努力确保ຫໍສະໝຸດ Baidu“打赢”的前提下将参战人员 的伤亡减少到最低限度甚至是“零伤亡”,同时大幅度地降低 战斗机的成本就成了各国军方追求的目标。
• 因此,发展性价比高、实现“零伤亡”作战思想的无人化作战 飞机装备,不仅是军事上的需求,更是政治上的需要。
• 无人机在近几次局部战争中的广泛使用与优异表现,掀起了世 界范围内无人作战飞机的研究热潮,而与其相关的包括微电子、 光电子、微机电、控制、计算机、信息处理、通信与网络、 隐身、新材料、动力等高新技术的迅猛发展,为无人作战飞机 的发展和应用奠定了坚实的技术基础。
法国人 Paul Cornu 在 1907 年制成第一架载人的直升机，旋翼 转速每分钟 90 转，发动机是一台 24 马力的汽油机。
第一阶段 第二阶段 第三阶段 第四阶段
20世纪40年代至50年代中期 美国的S-51、贝尔47；苏联的米-4、卡-18；英国的布里斯托尔-171
活塞式发动机，功率小，比功率低，比容积低。采用木质或钢木混合结 构的对称翼型桨叶，桨尖为矩形，寿命短，升阻比低，旋翼效率通常为 0.6。功重比大，动力学性能不佳，飞行速度低，振动大，噪音大。
的水平分力实现前后左右的运动。如此，主旋翼就可以改变推力的作用方向，直升 机就能够实现悬停和任意方向平移了。 改变方向（偏航运动）：
直升机的尾桨是为了抵消主旋翼朝一个方向高速旋转而产生的“反转力矩”，
确保直升机的平衡和可操作，改变尾桨的转速可以改变力矩的方向，控制直升机的 水平运动方向。
反扭矩解决方案
20世纪50年代中期至60年代末 美国的S-61、贝尔209；苏联的米-6、米-8、米-24，法国的SA321等 涡轮轴发动机一代。功率增大很多，轴发动机的比功率增大大，比容积增大。 桨叶发展为全金属，寿命延长。桨叶翼型为非对称的，桨尖简单尖削与后掠， 气动效率提高，旋翼效率提高到0.6。空重/总重之比降低到0.5附近，机体流线 化，以减小气动阻力。最大飞行速度增大，振动水平降低，噪声水平降低
1、普通尾桨：噪音大，起动干扰，不安全， 2、涵道式尾桨：安全，噪音相对小，结构重量大（很难普遍采用的原因） 3、无尾桨结构：气引射和主旋翼下洗气流的有利交互作用形成反扭力
噪音小，安全，无气动干扰，推力小，无法在大型 直升机上应用
4、共轴双旋翼：结构紧凑，外形尺寸小，飞行稳定性好，也便于操纵 悬停效率高，但操纵机构复杂，气动干扰严重，设计困难
20世纪70年代至80年代 美国的 黑鹰、 阿帕奇，苏联的卡-50、米-28，法国的 海豚，意大利的猫鼬 涡轮轴发动机二代，功率增大，寿命和可靠性均有提高。旋翼桨叶采用复 合材料，寿命大幅提高，翼型采用二维曲线变化翼型，桨尖呈抛物线后掠 。桨毂广泛使用弹性轴承，有的成无铰式。尾桨实用涵道式。旋翼效率提 高到0.7左右，空重/总重为0.5。电子系统已发展到半集成型。
民用无人机可分为巡查&监视无人机、农用无人机、气象无人机、勘探无 人机以及测绘无人机等。
按平台构型分类：
固定翼无人机、旋翼无人机、无人飞艇、伞翼无人机、扑翼无人机等。
固定翼Fixed-wing无人机平台 由动力装置产生前进的推力或拉力，由机体上固定的机 翼产生升力，在大气层内飞行的重于空气的无人航空器。
5、多旋翼：利用对称性，操作简单，稳定性好，但效率低
直升机旋翼系统
挥舞铰：为了补偿左右的升力不均匀，和减少桨叶的 疲劳，桨叶在翼根要采用一个容许桨叶载回转过程中上下 挥舞的铰链，这个铰链称为挥舞铰（flapping hinge，也称 垂直铰）
摆阵角：桨叶在旋转过程中，不断升高、降低，引起 科里奥利效应，所以桨叶在水平方向也要前后摇摆，以补 偿桨叶上下挥舞所造成的科里奥利效应。摆振铰利用前行 时阻力增加，使桨叶自然增加后掠角（即所谓“滞后”， 因为桨叶在旋转方向上的角速度低于圆心的旋转速度）， 这也变相增加桨叶在气流方向上剖面的长度，加强了减小 迎角的作用；在后行时，阻力减小，阻尼器（相当于弹簧 ）使桨叶恢复的正常位置（即所谓“领先”，因为桨叶在 旋转方向上的角速度高于圆心的旋转速度），当然也加强 了增加迎角的作用，所以摆振铰（也称水平铰）
一、无人机
• 无人机（Unmanned aerial vehicles）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。
无人机发展背景：
• 从上世纪20年代至今,空战的主角一直是有人驾驶的作战飞机, 它们是空中作战与对地攻击的主力。
• 随着作战飞机所采用技术的提高,战斗机变得越来越昂贵;同时 空战武器和一体化防空系统的飞速发展,使有人驾驶飞机和飞 行员的生存环境更恶劣,作战代价更高,战争损耗与政治风险难 以承受。
变距较：铰接式或半铰接式或无铰式旋翼桨毂上实现 桨叶变距运动的转动关节。
直升机包括单旋翼和多旋翼。无论单旋翼还是多旋翼，目前的技术难点 主要在于旋翼系统和控制系统。
旋翼 系统
气动设计 动力学设计 结构设计 强度设计 实验技术
旋翼翼型设计 旋翼桨叶起动布局 旋翼起动弹性稳定性设计
直升机空气动力学
动量理论
古代中国儿童玩竹蜻蜓已经有 2000 多年的历史了，西方也承 认流传到西方的中国竹蜻蜓是直升机最初的启示。
达·芬奇在 15 世纪设计了一个垂直的螺杆一样的直升机，不过 还是在纸上谈兵的阶段。
1796 年，英国人 George Cayley 设计了第一架用发条作动力、 能够飞起来的直升机。
随后的一百多年里，人们为了实现直升机的飞行，前赴后继， 在发动机和旋翼等方面取得很大进步。
叶素理论
涡流理论
自由尾迹 理论