第一章無人機概述清華出版社“十三五”應用型人才培養規劃教材無人機應用技術重點專業建設示范教材目錄第一節無人機相關概念第二節無人機的特點與分類第三節無人機的發展歷史、現狀與未來一、無人機相關概念航空：是指飛行器在地球大氣層中的航行活動。航空的實現：稠密的大氣層中、依靠空氣動力學原理提供升力（須克服航空器自身重力和空氣的阻力）。例如：氣球、飛艇利用空氣的浮力在大氣層內飛行飛機利用與空氣相互作用產生的空氣動力在大氣層內飛行飛機上的發動機依靠飛機攜帶的燃料和大氣中的氧氣工作。1.航空航天航天：是指飛行器在地球大氣層外宇宙空間的航行活動。航天的實現：稀薄的大氣層外，模擬自然天體的運動（須克服的地球的引力或太陽的引力）。例如：環繞地球運行的人造地球衛星，飛往月球的月球探測器、登月載人飛船，飛往行星及其衛星的行星和行星際探測器、衛星式載人飛船，行星際航行和恒星際航行等。一、無人機相關概念飛行器：是指由人類制造、能飛離地面、在大氣層內或大氣層外空間飛行的機械飛行物。飛行器的演變：（1）春秋戰國時期墨子（生卒年不詳），用三年時間以木頭研制成木鳥（又稱木鷂、木鳶）——人類最早的風箏起源。（2）春秋時期的魯班（公元前507年～公元前444年），用竹子改進風箏材質。（3）東漢時期的蔡倫（？～121年）革新造紙術后，坊間才開始以紙作為風箏材質，稱為“紙鳶”。（4）春秋戰國時期（公元前770年～公元前221年）出現的風箏、五代時期（907年～979年）出現的孔明燈（又稱松脂燈）、東晉時期（317年～420年）出現的竹蜻蜓——飛行器的早期雛形。（5）文藝復興時期意大利科學家和畫家達·芬奇通過長期研究撰寫的《論鳥的飛行》——航空科學的先知（6）1783年法國蒙哥爾費兄弟的熱氣球成功升空——航空先驅（7）1784年法國羅伯特兄弟制造了第一艘人力飛艇。2.飛行器一、無人機相關概念飛行器的分類：按飛行器的飛行環境和工作方式的不同分：（1）航空器：指在大氣層內飛行的飛行器。（2）航天器：指在大氣層外宇宙空間飛行的飛行器。（3）火箭：是以火箭發動機為動力，可在大氣層內或大氣層外飛行的飛行器。2.飛行器一、無人機相關概念2.飛行器航空器按其用途的不同，可分為軍用航空器和民用航空器。如下圖：一、無人機相關概念2.飛行器航空器按其升力的基本原理的不同，可分為輕于空氣和重于空氣的航空器。如下圖：一、無人機相關概念2.飛行器航天器按其用途的不同，可分為軍用航天器和民用航天器。如下圖：一、無人機相關概念中國民用航空航局飛行標準司2016年7月11日下發《民用無人機駕駛員管理規定》（AC-61-FS-2016-20-R1）中規定：無人機（UnmannedAerial，UA）：是指由控制站管理（包括遠程操縱或自主飛行）的航空器，也稱遠程駕駛航空器（RemotelyPilotedAircraft，RPA）。無人機系統（UnmannedAerialSystem，UAS）：是指由無人機、相關的控制站、所需的指令與控制數據鏈路以及批準的型號設計規定的任何其他部件組成的系統，也稱遠程駕駛航空器系統（RemotelyPilotedAircraftSystems，RPAS）。無人機系統駕駛員：是指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無人機的人。控制站：也稱遙控站、地面站，是無人機系統的組成部分，包括用于操縱無人機的設備。指令與控制數據鏈路（CommandandControldatalink，C2）：是指無人機和控制站之間為飛行管理之目的的數據鏈接。3.無人機和無人機系統一、無人機相關概念3.無人機和無人機系統一種典型的無人機系統目錄第一節無人機相關概念第二節無人機的特點與分類第三節無人機的發展歷史、現狀與未來二、無人機的特點與分類1.無人機的特點無人機的優勢：（1）機上沒有駕駛員，無需配備生命支持系統，簡化了系統、減輕了重量、降低了成本。（2）機上沒有駕駛員，執行危險任務時不會危及飛行員安全，更適合執行危險性高的任務。（3）機上沒有駕駛員，可以適應更激烈的機動飛行和更加惡劣的飛行環境，留空時間也不會受到人所固有的生理限制。（4）無人機在制造、使用和維護方面的技術門檻和成本相對更低。制造方面：放寬了冗余性和可靠性指標，放寬了機身材料、過載、耐久等要求。使用方面：使用相對簡單，訓練更易上手，且可用模擬器代替真機進行訓練，節省了真機的實際使用壽命。維護方面：維護相對簡單，維護成本低。（5）無人機對環境要求較低，包括起降環境、飛行環境和地面保障等。（6）無人機相對重量輕、體積小、結構簡單，應用領域廣泛。二、無人機的特點與分類1.無人機的特點無人機的局限性：（1）無人機上沒有駕駛員和機組人員，對導航系統和通信系統的依懶性更高。（2）無人機放寬了冗余性和可靠性指標，降低了飛行安全。當發生機械故障或電子故障時，無人機及機載設備可能會產生致命損傷。（3）無人機的續航時間相對較短，尤其是電動系統的無人機。（4）無人機遙控器、地面站、圖傳、數傳電臺等設備的通信頻率和地面障礙物等，限制了無人機系統的通信傳輸距離，限制了無人機的飛行范圍。（5）無人機的體積、重量和動力等，決定了無人機的抗風、抗雨能力有限。二、無人機的特點與分類2.無人機的分類1.按飛行平臺構型分類固定翼無人機無人直升機多旋翼無人機無人傘翼機、無人撲翼機、無人飛艇混合式無人機（1）固定翼無人機定義：由動力裝置產生前進的推力或拉力，由機身固定的機翼產生升力，在大氣層內飛行的重于空氣的無人機。特點：載荷大、續航時間長、航程遠、飛行速度快、飛行高度高，但起降受場地限制、無法懸停。二、無人機的特點與分類2.無人機的分類1.按飛行平臺構型分類固定翼無人機無人直升機多旋翼無人機無人傘翼機、無人撲翼機、無人飛艇混合式無人機（2）無人直升機定義：依靠動力系統驅動一個或多個旋翼產生升力和推進力，實現垂直起落及懸停、前飛、后飛、定點回轉等可控飛行的無人機。特點：可垂直起降、可懸停、操作靈活，可任意方向飛行，但結構復雜、故障率較高。與固定翼無人機相比，飛行速度低、油耗高、載荷小、航程短、續航時間短。二、無人機的特點與分類2.無人機的分類1.按飛行平臺構型分類固定翼無人機無人直升機多旋翼無人機無人傘翼機、無人撲翼機、無人飛艇混合式無人機（3）多旋翼無人機定義：具有三個及以上旋翼軸提供升力和推進力的可垂直起降的無人機。特點：結構簡單、價格低廉、操作靈活，可向任意方向飛行，但有效載荷較小、續航時間較短等。二、無人機的特點與分類2.無人機的分類1.按飛行平臺構型分類固定翼無人機無人直升機多旋翼無人機無人傘翼機、無人撲翼機、無人飛艇混合式無人機（4）無人傘翼機定義：指以傘翼為升力面，以柔性傘翼代替剛性機翼的無人機。傘翼位于全機的上方，多用纖維織物制成不透氣柔性翼面，可收疊存放，張開后利用迎面氣流產生升力。特點：體積小、速度慢、飛行高度低等。二、無人機的特點與分類2.無人機的分類1.按飛行平臺構型分類固定翼無人機無人直升機多旋翼無人機無人傘翼機、無人撲翼機、無人飛艇混合式無人機（5）無人撲翼機定義：是一種利用仿生原理，通過機翼主動運動模擬鳥的翅膀振動，產生升力和前行力的無人機。其特征是機翼主動運動、靠機翼拍打空氣的反作用力作為升力和前行力、通過機翼及尾翼的位置改變進行機動飛行。特點：撲翼空氣動力學尚未成熟，撲翼無人機的材料和結構也有待進一步研發改進。二、無人機的特點與分類2.無人機的分類1.按飛行平臺構型分類固定翼無人機無人直升機多旋翼無人機無人傘翼機、無人撲翼機、無人飛艇混合式無人機（6）無人飛艇定義：是一種輕于空氣、具有操縱和推進系統的無人機。分為硬式、半硬式和軟式三種類型?，F代無人飛艇多為軟式飛艇。特點：最大的優勢是滯空時間和靜音性能，但也存在造價昂貴、速度過低等問題。二、無人機的特點與分類2.無人機的分類1.按飛行平臺構型分類固定翼無人機無人直升機多旋翼無人機無人傘翼機、無人撲翼機、無人飛艇混合式無人機（7）混合式無人機定義：指混合以上兩種或多種平臺構型的無人機。特點：傾轉旋翼無人機兼具固定翼和旋翼機的優點，具有垂直起降、空中懸停和高速巡航飛行的能力。二、無人機的特點與分類2.無人機的分類2.按應用領域分類軍用無人機民用無人機科研無人機（1）軍用無人機定義：指應用于軍事領域的無人機。無人機最早起源和應用于軍事領域。特點：機具有較強的技術保密和壟斷性質。分類：靶機、偵查無人機、誘餌無人機、電子對抗無人機、通信中繼無人機、無人戰斗機等（2）軍用無人機定義：指應用于民用領域的無人機。無人機最早起源和應用于軍事領域。特點：機具技術要求低、更注重經濟性。分類：消費級無人機、工業級無人機。消費級無人機主要用于個人娛樂、個人航拍、青少年科普教育等方面，強調產品的易操作性、便攜性和性價比。工業級無人機主要用于行業應用領域，強調產品的專業性、穩定性和可靠性。（3）科研無人機定義：指應用于科學研究、科學試驗或類似用途的無人機。二、無人機的特點與分類2.無人機的分類3.按飛行航程分類二、無人機的特點與分類2.無人機的分類4.按飛行高度分類二、無人機的特點與分類2.無人機的分類5.按民航法規分類二、無人機的特點與分類2.無人機的分類6.按運行風險分類目錄第一節無人機相關概念第二節無人機的特點與分類第三節無人機的發展歷史、現狀與未來三、無人機的發展歷史、現狀與未來1.無人機的發展歷史與現狀（1）國外無人機的發展歷史與現狀：第一次世界大戰，1914年英國的卡德爾和皮切爾兩位將軍向英國軍事航空學會提出了研制一種使用無線電操縱的小型無人駕駛飛機，使它能飛到敵方目標區上空投下事先裝好的炸彈的建議，該設想得到認可并由A.M.洛教授率領一班人馬進行研制。1915年10月，德國西門子公司成功研制了采用伺服控制裝置和指令指導的滑翔炸彈。1916年9月12日，第一架無線電操縱的無人駕駛飛機在美國試飛。1917～1918年，英國與德國先后研制成功無人機遙控飛機，這些被公認為有控無人機的先驅。20世紀30年代，英國政府決定研制一種無人靶機，用于校驗戰列艦上火炮對目標的攻擊效果，于1933年研制成功并試飛。在1934年～1943年期間，英國一共生產了420架命名為“蜂王”的全木結構的雙翼無人靶機。1945年，第二次世界大戰結束后，很多退役或多余的飛機被改裝為靶機，成為近代無人機改裝趨勢的先河。隨后的越南戰爭、海灣戰爭和北約空襲南斯拉夫等戰爭中，無人機都被頻繁地用于軍事行動中。三、無人機的發展歷史、現狀與未來1.無人機的發展歷史與現狀（1）國外無人機的發展歷史與現狀：1973年第四次中東戰爭中，以色列用無人機成功搗毀埃及部署的地空導彈防空網。1982年加利和平行動（黎巴嫩戰爭）中，以色列國防軍用無人機進行偵察、情報收集、跟蹤和通訊，偵察者無人機系統擔任了重要的戰斗角色。1991年的沙漠風暴行動中，美軍曾經發射專門欺騙雷達系統的小型誘餌無人機，此后誘餌無人機成為其他國家仿效的對象。1996年3月，美國國家航空航天局研制出兩架試驗機：X-36試驗型無尾無人戰斗機。該機使用分列副翼和轉向推力系統，比常規戰斗機具有更高的靈活性；水平垂直尾翼減輕了重量和拉力、縮小了雷達反射截面。20世紀90年代后，西方國家充分認識到無人機在戰爭中的作用，競相把新翼型、輕型材料、先進的信號處理與通信技術、先進的自動駕駛儀技術等應用于無人機系統上。20世紀末，許多國家研制出新時代的軍用無人機，很大程度上改變了軍事戰爭和軍事調動的原始形式。目前，美國的無人機技術處于世界領先水平，以色列是無人機的出口大國但在技術方面完全依靠美國，歐洲國家中的俄、英、法、德等國家的無人機技術發展較快。我國周邊國家如日本、印度、韓國等主要依靠外國進口，自主研發力量較為薄弱。三、無人機的發展歷史、現狀與未來1.無人機的發展歷史與現狀（2）國內無人機的發展歷史與現狀：我國無人機的研制始于20世紀五六十年代。1966年12月6日“長空一號”大型噴氣式無線電遙控高亞音速無人靶機首飛成功，該機型于1976年底批準設計定型，之后多次改進，在此基礎上改裝成的核試驗取樣機于1977年圓滿完成了一次核試驗穿云取樣任務?！伴L空一號”開創了我國無人機的先河。1972年11月28日“無偵-5”（又稱“長虹”1號）高空高亞音速無人駕駛偵察機試飛成功，1980年批準設計定型，1981年開始裝備部隊，1986年對越自衛反擊戰中參加實戰，是到目前為止中國唯一參加過實戰、且在中國正式裝備的無人機型號中保持著最大升限和最快飛行速度紀錄的無人機。我國無人機的研制著眼軍民兩用。用于導彈打靶和防空部隊訓練的“長空一號”經過適當改裝，就可執行大氣污染監控、地形與礦區勘察等民用任務，并在此基礎上研發了WZ-2000隱身無人機、“蜂王”無人機和“翔鳥”無人駕駛直升機等一系列無人機，形成了目前種類繁多、用途多樣的無人機研發制造體系。三、無人機的發展歷史、現狀與未來1.無人機的發展歷史與現狀（2）國內無人機的發展歷史與現狀：目前，我國專門從事無人機的企事業單位超過了300