无人机构造系统介绍

来源：上海翰动浩翔AOPA无人机培训+考试中心 时间：2019-05-13

　　1.系统组成及介绍

　　典型的无人驾驶航空器系统由飞行器平台、控制站、通讯链路以及批准的型号设计规定的任何其他部件组成的系统。了解多无人机知识欢迎来电 : 400-0011-674 咨询QQ：2803609919 

　   2.飞行器

　　飞行器（flightvehicle）是由人类制造、能飞离地面、在在大气层内或大气层外空间飞行的机械飞行物。在大气层内飞行的称为航空器，在太空飞行的成为航天器。航空器依据获得升力的方式不同分为两大类，一类是轻于空气的航空器，依靠空气的浮力漂浮于空中，如气球、飞艇等，另一类是重于空气的航空器，包括非动力驱动和动力驱动两种类型。无人机系统飞行器平台主要使用的是重于空气的动力驱动的航空器。从飞行器平台技术本身来讲，无人机和有人机并无质的区别，如果说有，可以说无人机飞行器平台更加“简单”。这主要体现在以下四个方面：

　　无需生命支持系统，平台规模尺度较小，更加简化。
　　无需考虑过载、耐久等人为因素，平台更加专用化。
　　在性价比的前提下，相对有人机一定程度上放宽可靠性指标。
　　对场地、地面保障等依赖减小。
　　训练多依赖于模拟器，可降低飞行器使用寿命指标要求。

　　2.1.1航空器平台

　　2.1.1.1固定翼平台

　　固定翼平台即固定翼航空器（Fixed-wingaeroplane）平台，是指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航空器。其结构通常包括机翼、机身、尾翼和起落架等。其通常包括副翼、升降舵、方向舵、襟翼等控制舵面。操纵时，通过伺服机构改变各控制舵面位置及动力装置输出量，产生相应的控制力，使飞行器改变高度和速度并进行转弯、爬升、俯冲、横滚、筋斗等机动。机翼：机翼是固定翼飞行器产生升力的部件，机翼后缘有可操纵的活动面，一般靠外侧的叫做副翼，用于控制飞机的滚转运动，靠内侧的则是襟翼，用于增加起飞着陆阶段的升力。大型机机翼内部通常安装油箱，军用机机翼下面则可供挂载副油箱和武器等附加设备。有些飞机的发动机和起落架也被安装在机翼下方。

　　机身：机身的主要功用是装载设备、燃料和武器等，同时它是其他结构部件的安装基础，用以将尾翼、机翼、起落架等连接成一个整体。

　　尾翼：尾翼是用来配平、稳定和操纵固定翼飞行器飞行的部件，通常包括垂直尾翼（垂尾）和水平尾翼（平尾）两部分。垂直尾翼由固定的垂直安定面和安装在其后部的方向舵组成，水平尾翼由固定的水平安定面和安装在其后部的升降舵组成，一些型号的飞机升降舵由全动式水平尾翼代替。方向舵用于控制飞机的横航向运动，升降舵用于控制飞机的纵向运动。

　　起落架：起落架是用来支撑停放、滑行、起飞和着陆滑跑的部件，一般由支柱、缓冲器、刹车装置、机轮和收放机构组成。陆上飞机的起落装置一般由减震支柱和机轮组成，此外还有水上飞机起降的带有浮筒装置的起落架和雪地起降用的滑橇式起落架。

　　2.1.1.2旋翼平台

　　旋翼平台即旋翼航空器（Rotarywingaircraft）平台，旋翼航空器是一种重于空气的航空器，其在空中飞行的升力由一个或多个旋翼与空气进行相对运动的反作用获得，与固定翼航空器为相对的关系。现代旋翼航空器通常包括直升机、旋翼机和变模态旋翼机三种类型。旋翼航空器因为其名称常被与旋翼机混淆，实际上旋翼机全称自转旋翼机，是旋翼航空器属下的一种。

　　A）直升机

　　直升机是一种由一个或多个水平旋转的旋翼提供升力和推进力而进行飞行的航空器。直升机具有大多数固定翼航空器所不具备的垂直升降、悬停、小速度向前或向后飞行的特点。这些特点使得直升机在很多场合大显身手。直升机与固定翼飞机相比，其弱点是速度低、耗油量较高、航程较短。

　　直升机的升力产生原理与机翼相似，只不过这个升力是来自于绕固定轴旋转的“旋翼”。旋翼不像固定翼航空器那样依靠整个机体向前飞行来使机翼与空气产生相对运动，而是依靠自身旋转产生与空气的相对运动。但是，在旋翼提供升力的同时，直升机机身也会因反扭矩（与驱动旋翼旋转等量但方向相反的扭矩，即反作用扭矩）的作用而具有向反方向旋转的趋势。为了克服“旋翼”旋转产生的反作用扭矩，常见的做法是用另一个小型旋翼，即尾桨，在机身尾部产生抵消反向运动的力矩。人们将这种直升机称之为单旋翼直升机。另外一种做法是采用旋翼之间反向旋转的方法来抵消反扭矩的作用，即多旋翼直升机。

　　B）多轴

　　多轴飞行器（Multirotor），是一种具有三个及以上旋翼轴的特殊的直升机。其每个轴上的电动机转动，带动旋翼从而产生升推力。旋翼的总距固定而不像一般直升飞机那样可变。通过改变不同旋翼之间的相对转速可以改变单轴推进力的大小，从而控制飞行器的运行轨迹。

　　由于其结构简单，便于小型化生产，近年来在小型无人直升机领域大量应用。常见的有四轴、六轴、八轴飞行器。它的体积小、重量轻，因此携带方便，能轻易进入人不易进入的各种恶劣环境。和传统直升机相比，它有许多优点：它的旋翼角度固定，结构简单。每个旋翼的叶片比较短，叶片末端的线速度慢，发生碰撞时冲击力小，不容易损坏，对也人更安全。有些小型四轴飞行器的旋翼有外框，避免磕碰。发展到如今，多轴飞行器已可执行航拍电影取景、实时监控、地形勘探等飞行任务。


　　C）旋翼机

　　自转旋翼机简称旋翼机或自旋翼机，是旋翼航空器的一种。它的旋翼没有动力装置驱动，仅依靠前进时的相对气流吹动旋翼自转以产生升力。旋翼机大多有独立的推进或拉进螺旋桨提供前飞动力，用尾舵控制方向。旋翼机必须像固定翼航空器一样滑跑加速才能起飞，少数安装有跳飞装置的旋翼机能够原地跳跃起飞，但旋翼机不能象直升机一样进行稳定的垂直起降和悬停。与直升机相比，旋翼机的结构非常简单、造价低廉、安全性亦较好，一般用于通用航空或运动类飞行。自转旋翼机的设计各种各样，但是大多数设计的基本构成要素是相同的。一架具备基本功能的自转旋翼机通常包括：机身，动力系统，旋翼系统，尾翼和起落架五个部分。


　　机身：提供其他部件的安装结构。

　　动力系统：提供旋翼机向前飞行的推力，在飞行时和旋翼系统独立无关。

　　旋翼系统：提供旋翼机飞行所必须的升力和控制能力。常见的是带桨毂倾斜控制的跷跷板式旋翼，也可以采用全铰式旋翼。

　　尾翼：提供稳定性和俯仰、偏航控制，和固定翼飞机的尾翼功能类似。

　　起落架：提供在地面上的移动能力，类似于固定翼飞机的起落架。常见为点式起落架。

　　2.1.1.3其它

　　除了上述几种主流航空器类型外，扑翼机和变模态旋翼机也是重点研究方向。

　　扑翼机是通过像鸟类和昆虫一样上下扑动自身翅膀而升空飞行的航空器，又称振翼机。作为一种仿生学的机械，扑翼机与它模仿的对象一样，以机翼同时产生升力和推进力。但也由于升力和推进力由同一部件产生，涉及的工程力学和空气动力学问题非常复杂，其规律尚未被人类完全掌握。有实用价值的扑翼机至今尚未脱离研制阶段，微型航空器领域是扑翼机有可能实用化的领域。

　　倾转旋翼机是一种典型的变模态旋翼机平台，也叫可倾斜旋翼机，是一种同时具有旋翼和固定翼功能，并在机翼两侧各安装有一套可在水平和垂直位置之间转动的可倾转旋翼系统的航空器。倾转旋翼机在动力装置旋转到垂直位置时相当于横列式直升机，可进行垂直起降、悬停、低速空中盘旋等直升机的飞行动作；而在动力装置旋转至水平位置时相当于固定翼螺旋桨式飞机，可实现比直升机更快的巡航航速。以上特点使得倾转旋翼机兼具直升机和固定翼飞机的优点，应用前景十分看好。


　　2.1.2动力装置

　　航空器的发动机以及增加发动机正常工作所必需的系统和附件的总称。

　　无人机使用的动力装置主要有活塞式发动机、涡喷发动机、涡扇发动机、涡桨发动机、涡轴发动机、冲压发动机、火箭发动机、电动机等。目前主流的民用无人机所采用的动力系统通常为活塞式发动机和电动机两种。