一本書搞懂無人機劉賓課件匯編一本書搞懂無人機WWW.ABINGE.COM制作人：劉賓（上部分）【概述】【系統組成】【原理與性能】【航空氣象】本教程依據中國民用航空局已備案的教學大綱編寫概述系統組成原理與性能航空氣象概述無人機的定義無人機的分類無人機的發展1.1無人機的定義Part1無人機的定義：無人駕駛航空器（UA）是由遙控站管理（包括遠程操縱或自主飛行）的航空器，也稱遙控駕駛航空器，以下簡稱無人機。無人機系統(UAS)，也稱無人駕駛航空器系統。是由無人機、相關的遙控站、所需的指令與控制數據鏈路以及批準的型號設計規劃的任何其他部件組成的系統。無人機系統駕駛員，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飛行控制件的人。無人機系統的機長，是指在系統運行時間內負責整個無人機系統運行和安全的駕駛員。1.2無人機的分類Part101結構劃分用途劃分尺度劃分半徑劃分020304高度劃分051.2無人機的分類（民航法規按尺度劃分）Part1微型無人機，是指空機質量小于等于7千克的無人機。微型無人機輕型無人機小型無人機大型無人機輕型無人機，是指空機質量大于7千克，但小于等于116千克的無人機。小型無人機，是指空機質量小于等于5700千克的無人機，微型和輕型無人機除外。大型無人機，是指空機質量大于5700千克的無人機。12341.3無人機的發展Part11914年:第一次世界大戰，英國的卡德爾和皮切爾兩位將軍提出可以用無線電操縱的小飛機投炸彈。1917年3月:世界上第一架無人駕駛飛機在英國進行了第一次飛行試驗(連續兩次試驗均失敗)。世界上第一臺真正意義的無人機1.3無人機的發展(中國的無人機）Part1蘇聯拉17中國長空美國火蜂中國長虹1968年:長空：仿制前蘇聯拉17靶機（僅能飛行15分鐘）。1969年:長虹：仿制因故障迫降海南島的美國BQM34火蜂高空無人機。系統組成及介紹飛行器控制站通訊鏈路2.1飛行器Part2飛行器航空器飛行器（flightvehicle）是由人類制造、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。大氣層內飛行的稱為航空器，在太空飛行的稱為航天器。航空器依據獲得升力的方式不用分為兩大類，一類是輕于空氣的航空器，依靠空氣的浮力漂浮于空中，如氣球、飛艇等，另一類是重于空氣的航空器，包括非動力驅動和動力驅動兩種類型。無人機系統飛行器平臺主要使用使重于空氣的動力驅動的航空器。2.1飛行器Part2無人機與有人機差別的主要體現35124odelrandtrategyechanismdvantage差別：一無人機無需生命支持系統，不需要座艙。差別：二無人機有不同的任務設備，尤其是裝有與地面通信的數據鏈路。差別：三在性價比的前提下，相對有人機一定程度上放寬可靠性指標。差別：四差別：五訓練所依賴于模擬器，可降低飛行器使用壽命指標要求。無人機可以更長時間飛行，但進入融合空域仍需較長時間。

航空器平臺-固定翼平臺Part2固定翼平臺即固定翼航空器（Fixed-wingaeroplane）平臺，是指由動力裝置產生前進的推力或拉力，由機體上固定的機翼產生升力，在大氣層內飛行的重于空氣的航空器。其結構通常包括機翼、機身、尾翼和起落架等。通常包括副翼、升降舵、方向舵、襟翼等控制舵面。操縱時，通過伺服機構改變各控制舵面位置及動力裝置輸出量，產生相應的控制力和力矩，使飛行器改變高度和速度并進行轉彎、爬升、俯沖、橫滾等運動。

航空器平臺-旋翼平臺-直升機Part2旋翼平臺即旋翼航空器（Rotarywingaircraft）平臺，旋翼航空器是一種重于空氣的航空器，其在空中飛行的升力是由一個或多個旋翼與空氣進行相對運動的反作用獲得。現代旋翼航空器通常包括直升機、旋翼機和變模態旋翼機三種類型。

航空器平臺-旋翼平臺-多軸Part2多軸飛行器（Multirotor），是一種具有三個及以上旋翼軸的特殊的直升機。其每個軸上的電動機，帶動旋翼從而產生升推力。旋翼的總距固定而不像一般直升飛機那樣可變。通過改變不同旋翼之間的相對轉速可以改變單軸推進力的大小，從而控制飛行器的運行軌跡。

航空器平臺-旋翼平臺-旋翼機Part2自轉旋翼機簡稱旋翼機或自旋翼機，是旋翼航空器的一種。它的旋翼沒有動力裝置驅動，僅依靠前進時的相對氣流吹動旋翼自轉以產生升力。旋翼機大多有獨立的推進或拉進螺旋槳提供前飛動力，用尾舵控制方向。旋翼機必須固定翼航空器一樣滑跑加速才能起飛，少數安裝有跳飛裝置的旋翼機能夠原地跳躍起飛，但旋翼機不能夠像直升機一樣進行穩定的垂直起降和懸停。與直升機相比，旋翼機的結構非常簡單、造價低廉、安全性亦較好，一般用于通用航空或運動類飛行。

航空器平臺-旋翼平臺-其它Part2

撲翼機是通過像鳥類和昆蟲一樣上下撲動自身翅膀而升空飛行的航空器，又稱振翼機。作為一種仿生學的機械，撲翼機與它模仿的對象一樣，以機翼同時產生升力和推進。

傾轉旋翼機是一種典型的變模態旋翼機平臺，也叫可傾斜旋翼機，是一種同時具有旋翼和固定翼功能，并在機翼兩側各安裝有一套可在水平和垂直位置之間轉動的可傾轉旋翼系統的航空器。2.1.2動力裝置Part2動力系統2電動力動力系統1活塞式動力系統4其它動力系統3渦噴活塞式發動機也叫往復式發動機，由氣缸、活塞、連桿、曲軸、氣門機構、螺旋槳減速器、機匣等組成主要結構。小型渦輪噴氣發動機機構包含壓氣機，燃燒室，渦輪，噴管。壓氣機使空氣通過進氣道到達燃燒室。微型無人機中普遍使用電動動力系統，電動系統主要由動力電機、動力電源、調速系統三部分組成。無人機中還有少數渦軸、渦槳、渦扇等動力裝置的應用。航空器的發動機以及保證發動機正常工作所必需的系統和附件的總稱

動力裝置-活塞式Part

2進氣系統進氣系統為發動機提供燃燒做功所需的清潔空氣和燃料，并且汽油的混合也是在這里完成。增壓

器增壓器時一種用于活塞式發動機的輔助裝置，裝設增壓器可以增加20%-50%甚至更高的輸出馬力。點火系統點火系統是用于點燃燃料-空氣混合的系統，可以產生足夠能量的高壓電流。燃油系統燃油系統由油箱、油泵、燃油過濾器、汽化器和燃油噴射系統組成。用來提供持續燃油流量。啟動系統啟動系統負責必須先用外力轉動發動機的曲軸，使活塞作往復運動，氣缸內的可燃混合氣體燃燒膨脹作功，推動活塞向下運動使曲軸旋轉。

動力裝置-電動力Part2動力

電機動力電源調速系統電動系統

目前大型、小型、輕型無人機廣泛采用的動力裝置為活塞式發動機系統。

而出于成本和使用方便的考慮，微型無人機中普遍使用的是電動動力系統，電動系統主要由動力電機、動力電源、調速系統三部分組成。

動力裝置-渦噴Part

2小型渦輪噴氣發動機機構包含四部分：壓氣機，燃燒室，渦輪，噴管。壓氣機使空氣以高速度通過進氣道到達燃燒室。燃燒室包含燃油入口和用于燃燒的點火器。膨脹的空氣驅動渦輪，渦輪同時通過軸連接到壓縮器，使發動機循環運行。從噴管排出的加速的高溫燃氣尾整機提供推力。

動力裝置-其它Part2其它動力裝置除上述動力系統外，無人機中還有少數渦軸、渦槳、渦扇等動力裝置的應用，從現役無人機看，渦軸發動機適用于中低空、低速短距/垂直起降無人機和傾轉旋翼無人機。渦扇發動機適用于中高空長航時無人機，飛機起飛質量可以很大，如“全球鷹”重達11.6噸。2.1.3導航飛控系統Part2高度速度姿態航向導航子系統飛控子系統導航子系統功能是向無人機提供相對于所選定的參考坐標系的位置、速度、飛行姿態，引導無人機沿指定航線安全、準時、準確的飛行。飛控子系統是無人機完成起飛、飛行、執行任務、返場回收等整個飛行過程的核心系統，對無人機實現全權控制與管理，是無人機執行任務的關鍵。

導航飛控系統-傳感器Part2角速率傳感器A角度率姿態高度空速位置高度、空速傳感器（大氣機）C姿態傳感器B位置傳感器D無人機導航飛控系統設計的基礎角速率傳感器、姿態傳感器、位置傳感器、迎角側滑角傳感器、加速度傳感器、高度傳感器及空速傳感器等

導航飛控系統-飛控計算機Part2飛控計算機類型（1飛控計算機的余度（2飛控計算機的主要硬件構成（3機載飛控軟件（4

飛控計算機自檢測（5……控硬件系統飛

導航飛控系統-執行機構Part2伺服執行機構主要參數傳遞系數輸出速度輸出行程輸出力矩線性度工作制動電流分辨率瞬態響應頻率響應非線性2.1.4導航飛控系統-電器系統Part2為使無人機上各系統和設備正常工作，完成預定的功能，需要使用各種形式的能源。在無人機上使用的動力、測控、飛行控制與管理、導航、任務設備等系統都與電氣系統有關。機載電源配電系統用電設備2.1.5任務設備Part2重量控制為確保產生的升力足以抵消重力，必須避免無人機的載荷超出制造商的建議重量。計算裝載重量和重心一架無人機的裝載重量和重心。主要有計算法，和利用無人機制造商提供的圖表和表格法。平衡、穩定性和重心無人機的重心位置對其穩定性和安全性非常重要。重心是一個點，如果無人機被掛在這個點上，那么無人機會在這點獲得平衡。類型按任務設備用途，可以分為偵查搜索設備、測繪設備、軍用專用設備、民用專用設備等。2.2控制站Part2指揮控制與任務規劃是無人機控制站的主要功能。無人機控制站也稱地面站、遙控站或任務規劃與控制站。在規模較大的無人機系統中，可以有若干個控制站，這些不同功能的控制站通過通信設備連接起來，構成無人機控制站系統。無人機控制站系統其功能通常包括指揮調度、任務規劃、操作控制、顯示記錄等功能。指揮調度功能主要包括上級指令接收、系統之間聯絡、系統內部調度；任務規劃功能主要包括飛行航路規劃與重規劃、任務載荷工作規劃與重規劃；操作控制功能主要包括起降操縱、飛行控制操作、任務載荷操作、數據鏈控制；顯示記錄功能主要包括飛行狀態參數顯示與記錄、航跡顯示與記錄、任務載荷信息顯示與記錄等。2.2.1控制站-系統組成Part2指揮處理中心主要是制定無人機飛行任務、完成無人機載荷數據的處理和應用，指揮中心/數據處理中心一般都是通過無人機控制站等間接地實現對無人機的控制和數據接收；無人機控制站主要是由飛行操縱、任務載荷控制、數據鏈路控制和通信指揮等組成，可完成對無人機機載任務載荷等的操縱控制。一個無人機控制站可以指揮控制一架無人機，也可以同時控制多架無人機；一架無人機可以由一個控制站完成全部的指揮控制工作，也可以由多個控制站來協同指揮控制同一架無人機；任務控制站與無人機控制站的功能類似，但任務控制站以控制無人機的機載任務設備為主，同時也可以進行無人機的飛行控制；指揮處理中心1無人機控制站2任務控制站32.2.2控制站-顯示系統Part2a）飛行與導航信息b）數據鏈狀態信息c）設備狀態信息d）指令信息視覺告警：定光告警顏色告警文字告警聽覺告警：語音告警音調告警等a）導航信息b）航跡繪制顯示c）地理信息顯示顯示飛行參數綜合1告警2地圖航跡顯示32.2.3操作系統Part2起降階段是無人機操縱中最難的控制階段，起降控制程序應簡單、可靠、操縱靈活，人員可直接通過操縱桿和按鍵快捷控制無人機起降。起飛方式飛行控制任務設備控制數據鏈管理飛行控制是指采用遙控方式對無人機在空中整個飛行過程的控制。遙控方式是通過數據鏈路對無人機實施的飛行控制操縱。任務設備控制是地面站任務操縱人員通過任務控制單元（任務控制柜），發送任務控制指令，控制機載任務設備工作。數據鏈管理主要是對數據鏈設備進行監控，使其完成對無人機的測控與信息傳輸任務。ABCD2.3通信鏈路Part2新四板【無人機通訊鏈路用于無人機系統傳輸控制和在和信息的無線電鏈路】2.3通信鏈路-終端與天線Part2機載終端天線地面終端天線無人機系統通訊鏈路機載終端常被稱為機載電臺，集成于機載設備中。視距內無人機多安裝全向天線，超視距的無人機通常采用自跟蹤拋物面衛通天線。民用通訊鏈路的地面終端硬件一般會被集成到控制站系統中，稱作地面電臺，部分地面終端會有獨立的顯示控制界面。原理與性能國際標準大氣機動飛行中的空氣動力飛機的穩定性無人機空氣動力學基礎飛機的飛行性能重量與平衡無人機發射回收方式3.1國際標準大氣Part3空氣從基本組成上看，是由無數獨立的粒子所組成的，也就是所謂的分子，它們都處于激烈的運動中。低速空氣動力學中，研究空氣的分子組成是沒必要的，無人機的速度達不到要考慮空氣可壓縮性的程度。可壓縮性的問題只在處理噴氣動力飛機以及螺旋槳尖和直升機旋翼問題時才考慮。3.2無人機空氣動力學基礎Part3空氣動力學基礎阻力和阻力比升力的來源機翼翼載翼型和機翼升力系數伯努利定律力的平衡牛頓三大運動定律在一個流體系統，比如氣流、水流中，流速越快，流體產生的壓力就越小，這就是被稱為“流體力學之父”的丹尼爾·伯努利1738年發現的“伯努利定律”。

當空氣遇上任何物體，比如說機翼，空氣會產生偏轉，一些空氣從機翼上表面通過，一些空氣從機翼下表面通過。在這個流動過程中會產生復雜的速度和壓力的變化。要產生升力，上下表面的平均壓力必須有差異才行。失速速度與加速度3.2無人機空氣動力學基礎-失速Part3★只要機翼產生的升力足夠抵消飛行器的總載荷，飛機就會一直飛行，當升力完全失去時，飛機就失速。★記住，每次失速的直接原因是迎角過大，有很多飛行機動會增加飛機的迎角，但是直到迎角過大之前飛機不會失速。（臨界迎角：16-20度）3.3機動飛行中的空氣動力Part

3下降受力如同爬升一樣，飛機從平直飛行進入下降狀態，作用于飛機的力必定變化。這里的討論假定下降時的功率和平直飛行時的功率一樣。當升降舵推桿，飛機頭向下傾斜時，迎角降低，結果是機翼升力降低。總升力和迎角的降低是短暫的，發生在航跡變成向下時，航跡向下的變化是由于迎角降低時升力暫時的小于飛機的重量。爬升受力實際飛行中，處于穩定的正常爬升狀態的機翼升力是和相同空速時平直飛行的升力一樣的。盡管爬升前后的飛行航跡變化了，但當爬升穩定后，對應于上升航跡的機翼迎角又會恢復到與平飛相同的值。只是在轉換過程中，會有短暫的變化。轉彎受力如果從后面看一個平直飛行的飛機，而且如果作用于飛機的力可以看見的話，兩個力（升力和重力）是顯然的，如果飛機處于傾斜狀態，可以明顯的看到升力不再正好和重力方向相反，升力作用在傾斜的方向上。實際情況是，當飛機傾斜是，升力作用方向是朝轉彎的中心且向上的，這是在考慮飛機轉彎時要記住的一個基本事實。轉彎中的側滑3.4飛機的飛行性能Part3飛機在滑翔狀態滑翔滑翔狀態，此時發動機處于小油門狀態，或怠速甚至關機。重力垂直向下，但是可分解成一個沿著飛行方向的力和一個垂直飛行方向的力。滑翔機，在重力分力的作用下沿著飛行方向運動。空氣反作用力的合力可以近似地分解為垂直飛行方向的升力和與之垂直并與飛行方向相反的阻力。飛機在俯沖狀態俯沖在俯沖狀態中，甚至在某些極限狀態下，飛行軌跡完全垂直向下，重力和推力（如果還存在）同時拉著模型向下運動，這時唯一的反作用力就是阻力了。當阻力變得足夠大以至于能夠平衡重力加上推力時，速度通常是極高的，而且很可能在這個極限速度達到之前，飛機就已經墜毀了。飛機在爬升狀態爬升在爬升狀態中，總的支持力是機翼的升力和發動機推力的合力。重力可以分解為兩個分量，一個與升力反向，另一個與推力反向也就是與阻力通向。于是，結果就是四力的平衡狀態下被旋轉了一個爬升角。極限的情況就是垂直爬升，這時重力和組里的方向與推力相反。3.5飛機的穩定性Part301飛機的縱向穩定性飛機的航向穩定性飛機的橫向穩定性荷蘭滾020304尾旋不穩定05當飛機（俯仰方向），并在擾動消失以后，飛機能自動恢復到原來縱向平衡狀態的特性，叫做飛機的縱向穩定性。飛機受到擾動以致方向平衡狀態遭到破壞，而在擾動消失后，飛機如能趨向于恢復原來的平衡狀態，就具有方向穩定性。飛機受擾動以致橫側向平衡狀態遭到破壞，在擾動消失后，如自身產生一個恢復力矩，使飛機趨向于恢復原來的平衡狀態，就具有橫側向穩定性。如果垂尾面積太小，且機翼上反角較大，就會發生荷蘭滾或側向振蕩。飛行器如果受到側風干擾，就會有側滑趨勢。綜合考慮可能會導致與荷蘭滾相反的不穩定，即尾旋不穩定。如果垂尾面積相對上反角過大，就會發生此類情況。3.6重量與平衡Part3AB松桿和握桿穩定性

對于有人機，設計師必須考慮在駕駛員放開對所有操縱面的控制，任其在空氣中自由飛行的情況下，飛機會作何反應。靜穩定裕度

重心和焦點之間的距離被定義為飛機的靜穩定裕度（又稱靜穩定度）。松桿穩定性式飛機設計的技巧，沒有駕駛員時，飛機至少在短時間內可自行飛行，在無人機的設計中仍需關心這個問題……重心的移動將改變靜穩定裕度3.7.1無人機發射回收方式-發射方式Part3發射方式垂直起飛容器式發射裝置發射母機攜帶空中發射起落架滑跑起飛彈射式發射零長發射手拋發射3.7.1無人機發射回收裝置-手拋發射Part3手拋發射介紹：

這種發射方式由1到2人操作，靠無人機自身動力起飛。手拋式發射的無人機通常最大尺寸小于3米，發射重量多數小于7公斤。3.7.1無人機發射回收裝置-零長發射Part3零長發射介紹：

無人機安裝在零長發射裝置上，在1臺或多臺助飛火箭發動機推力作用下飛離發射裝置，無人機起飛后，拋掉助飛火箭，由機上中主發動機完成飛行任務。3.7.1無人機發射回收裝置-彈射式發射Part3彈射式發射介紹：

無人機安裝在軌道式發射裝置上，在壓縮空氣、橡筋或液壓等彈射裝置作用下起飛，無人機飛離發射裝置后，在主發動機作用下完成飛行任務。3.7.1無人機發射回收裝置-起落架滑跑起飛Part3起落架滑跑起飛介紹：

起飛方式與有人機相似，所不同的是：（1）有些無人機采用可棄式起落架，在無人機滑跑起飛后，起落架便被扔下，回收無人機時，采用別的方式；（2）大多數無人機，尤其是輕、微型無人機，采用非收縮型起落架，航程較遠和飛行時間較長的大、小型無人機用收縮型起落架；（3）起飛滑跑跑道短，對跑道的要求也不如有人飛機那樣苛求。3.7.1無人機發射回收裝置-母機攜帶空中發射Part3母機攜帶、空中發射介紹：

起飛方式與有人機相似，所不同的是：（1）有些無人機采用可棄式起落架，在無人機滑跑起飛后，起落架便被扔下，回收無人機時，采用別的方式；（2）大多數無人機，尤其是輕、微型無人機，采用非收縮型起落架，航程較遠和飛行時間較長的大、小型無人機用收縮型起落架；（3）起飛滑跑跑道短，對跑道的要求也不如有人飛機那樣苛求。3.7.1無人機發射回收裝置-容器式發射裝置發射Part3容器式發射裝置發射介紹：

容器式發射裝置是一種封閉式發射裝置，兼備發射與貯存無人機功能。它有單室式和多室式兩種類型。德國KDAR無人機用單室式發射裝置發射。多室式發射裝置含有多個發射室，每室內有一架無人機，安置在室內發射軌道上，室內還配有動力設備和電子設備。3.7.1無人機發射回收裝置-垂直起飛Part3旋翼垂直起飛固定翼垂直起飛

這種起飛方式的特點是以旋翼作無人機的升力工具，旋轉旋翼使無人機垂直起飛。由于這種起飛方式不受場地面積與地理條件的限制，所以適用范圍廣。

固定翼無人機垂直起飛有兩種情況。一種是飛機在起飛時，以垂直姿態安置在發射場上，由飛機尾支座支撐飛機，在機上發動機作用下起飛。另一種在機上配備垂直起飛發動機，在該發動機推力作用下，飛機垂直起飛。3.7.2無人機發射回收裝置-回收方式Part3傘降回收空中回收起落架滑跑著陸當無人機完成任務后，地面站發遙控指令給無人機，到達合適飛行高度和速度時，開減速傘，使飛機急劇減速，降高回收。用大飛機鉤住無人機鉤掛傘與吊索，空中懸掛運走。這種回收方式與有人機相似。攔截網”天鉤”回收氣墊著陸垂直著陸回收能量吸收裝置與攔截網相連，無人機撞網回收。氣墊著陸利用氣墊效應，在無人機的機腹四周裝上“橡膠裙邊”，氣墊能夠支托無人機貼近地面，不受猛烈撞擊。垂直著陸回收方式只需小面積回收場地。航空氣象大氣成分及基本要素大氣的對流運動氣團與鋒的概念及鋒面天氣大氣特性大氣穩定度嚴重影響飛行的天氣航空氣象資料分析和應用服務設施國內天氣獲取途徑4.1.1大氣成分與結構-大氣成分Part4大氣成分大氣循環飛行所處的大氣是環繞地球并貼近其表面的一層空氣包層,具有質量，也有重量，和不確定的形狀。討論大氣的氣象現象及天氣過程時，可將大氣看做由三個部分組成：干潔空氣，水汽，和大氣雜質。（大氣組成：氮氣78%,氧氣21%,其他氣體1%）干潔空氣是構成大氣的最主要部分，一般意義上的空氣，就是指這一部分；大氣中運動的水汽，通過狀態變化傳輸熱量，就把熱量從一個地方帶到了另一個地方；大氣雜質又稱為氣溶膠粒子，是指懸浮于大氣中的固體微粒或水汽凝結物。4.1.1大氣成分與結構-大氣結構Part4

整個大氣層具有相當大的厚度，從垂直方向看，不同高度上的空氣性質是不同的，但在水平方向上空氣的性質相對一致，即大氣表現出一定的層狀結構。這一結構可通過對大氣進行分層來加以描述。依據：大氣分層的主要依據是氣層氣溫的垂直分布特點，通常在處理時將溫度隨高度的改變看作是均勻的。重要氣層特征：對流層因為空氣有強烈的對流運行而得名，它的底界為地面，上界高度隨緯度、季節、天氣等因素而變化。平流層范圍從對流層頂到大約55km的高度上，平流層中空氣熱量的主要來源是臭氧吸收太陽紫外輻射，因此平流層中氣溫隨高度增高而升高，整層空氣幾乎沒有垂直運動，氣流平穩，故稱之為平流層。4.1.2大氣的基本要素Part4氣溫氣壓空氣濕度大氣要素

表示大氣狀態的物理量和物理現象通稱為氣象要素。氣溫、氣壓、濕度等物理量是氣象要素，風、云、降水等天氣現象也是氣象要素，它們都能在一定程度上反映當時的大氣狀況。其中氣溫、氣壓和空氣濕度，也稱為三大氣象要素。Ａ：氣溫是表示空氣冷熱程度的物理量，它實質上是空氣分子平均動能大小的宏觀表現。Ｂ：氣壓即大氣壓強，是指與大氣相接觸的面上，空氣分子作用在每個單位面積上的力。Ｃ：空氣濕度就是用來量度空氣中水汽含量多少或者空氣干燥潮濕程度的物理量。４.1.3基本大氣現象(對航空的影響)Part

４降落之后停場未入庫階段：雷暴、冰雹、龍卷風，陣風、山區下坡風，臺風。巡航階段爬升、巡航、下滑階段：云中湍流、晴空湍流、局部湍流、地形波、低空急流、急流，雷暴、臺風，積冰，沙塵暴、揚沙、浮塵。起降階段起飛著陸階段：側風、陣風、下沉氣流，風的垂直切變，下沖氣流，視程障礙、霧、煙幕、霧霾、降雪、吹雪、沙塵暴、揚沙，低云、大雨，跑道積水、積冰、積雪、霜。數據分析由于氣象因素造成的飛行事故占總事故數的1/3-1/4。按飛行個階段劃分，巡航階段的飛行事故較少，其中約有一半與氣象因素直接有關，主要是巡航途中遭遇惡劣天氣，起飛和著陸階段出現的事故最多，尤其是著陸，使得發生在機場周圍的飛行事故約占總事故的90%。備注：其他如航站站址的選擇與建設，備降機場的配置、航線確定以及機場、航線的適航率和社會經濟效益分析等，無不同天氣條件密切相關，一般屬于航空氣候的范圍。4.2大氣特性Part4大氣壓力的度量

大氣的壓力通常以水銀氣壓計的英寸汞柱（in.Hg）來度量。海拔高度對大氣壓力的影響

大氣處于靜止狀態，某一高度上的氣壓值等于其單位水平面積上所能承受的上部大氣柱的重量。隨著海拔升高空氣變得稀薄，大氣壓力也隨著降低，對飛機性能有顯著的影響。在較高的高度，伴隨著降低的大氣壓力，起飛和著陸距離增加，爬升率也會減小。空氣密度差異的影響

氣溫、氣壓和空氣濕度的變化都會對飛機性能和儀表指示造成一定的影響，這種影響主要通過他們對空氣密度的影響而實現。空氣密度與氣壓成正比，與氣溫成反比。地球表面有一層厚厚的大氣層，由于地球引力的作用，大氣被“吸”向地球，雖然空氣很輕，但仍有重量，有了重量就產生了力量，它作用于物體的效果就是壓力。4.3.1大氣的對流運動-對流產生的原因Part4以北半球為例，地球自轉偏向力使得空氣向右偏轉，偏轉的程度根據緯度的不同而變化，在極地最大，在赤道降低為零。循環模式由于季節變化，大陸和海洋的表面差異以及其他因素而變得更加復雜。地球表面的地形產生的摩擦力也會改變大氣中空氣的運動。距地表2000英尺內，地表和大氣之間的摩擦力使流動的空氣變慢。因為摩擦力減小了地球自轉偏向力，是的風從它的路徑轉向。這是為什么在地表的風向稍微不同于地表之上幾千英尺高度的風向原因。大氣對流運動是由于地球表面受熱不均引起的。空氣受熱膨脹上升，受冷則下沉，進而產生了強烈而比較有規律的升降運動。

溫度越高，大氣對流運動越明顯。因此赤道地區對流效果最明顯。4.3.2大氣的對流運動-對流的沖擊力Part4使原來靜止的空氣產生垂直運動的作用力，稱為對流沖擊力。A:對流氣流可導致飛機顛簸。一般的，這些湍流環境可以通過飛在更高的高度來避免，甚至是飛在積云層之上。B:對流氣流在大陸和一大片水體相鄰的區域特別明顯，例如海洋，大的湖泊。在白天陸地比水受熱更快，所以陸地之上的空氣變得更熱，密度更低。C:接近地面的對流氣流會影響飛行員控制飛機的能力。例如，在最后進近時，來自全無植被的地形的上升氣流有時會產生漂浮效應，導致飛行員飛過預期的著陸點。另一方面，在一大片水體或者稠密植被的區域之上進近會趨于產生一個下沉效應，導致不警惕的飛行員著陸在不到預期的著陸點。高空飛行可避免飛機顛簸海陸風接近地4.3.3大氣的對流運動-風的模式Part4因為空氣總是尋找低壓區域所以氣流會從高壓區域向低壓區域流動。在北半球，從高壓向低壓區域流動的空氣向右偏轉，產生一個繞高壓區域的順時針循環，稱為反氣旋循環。而向低壓區域流動的空氣因偏轉產生一個逆時針循環，稱為氣旋循環。對高低壓風模式的良好理解在制定飛行計劃時有很大的幫助，因為飛行員可以利用有利的順風。【當計劃一次從西向東的飛行時，沿高壓系統的北邊和低壓系統的南邊將會遇到有利風向。在返程飛行中，最有力的風向將是同一高壓系統的南邊或低壓系統的北邊。】借助高壓系統有利風飛行4.3.4大氣的對流運動-障礙物對風的影響Part4

地面上障礙物影響風的流向。地面的地形和大的建筑物會分散風的流向，產生會快速改變方向和速度的陣風。

和地面建筑物有關的湍流強度依賴于障礙物的大小和風的基本速度。這會影響任何飛機的起飛和著陸性能，也會引發非常嚴重的危險。

在飛行的著陸階段，飛機可能由于湍流空氣而下降，因此飛的太低而不能飛越進近時的障礙物。在山地區域時這種情況甚至更加明顯。

由于在山谷或者峽谷中地形對風的影響，強烈的向下氣流可能相當嚴重。因此，鄭重的建議謹慎的駕駛員尋找一位合格的山地飛行指導員，在多山的地形或者靠近多山地區飛行前對山地進行調查。地表障礙物造成湍流影響飛機飛行山區湍流對飛機飛行的影響4.4大氣的穩定度Part

4大氣的穩定度云霧露和霜空氣飽和點溫度與露點相對濕度濕氣和溫度飛機一旦進入對流云，易遭到電擊，使儀表失靈，油箱爆炸，或者造成強烈顛簸、結冰，使操縱失靈，發生飛行事故。卷云高積云雨層云積雨云大氣穩定度指整層空氣的穩定程度以大氣的氣溫垂直加速度運動來判定4.5氣團與鋒的概念及鋒面天氣-氣團與鋒的分類Part4氣團是指氣象要素水平分布比較均勻的大范圍的空氣團。氣團主要有三種，一種是按氣團的熱力性質不同，劃分為冷氣團和暖氣團；第二種是按氣團的濕度特征的差異，劃分為干氣團和濕氣團，第三種是按氣團的發源地，常分為北冰洋氣團、極地氣團、熱帶氣團、赤道氣團。大氣處在不斷的運動中，當氣團在廣闊的發源地上取得大致與源地相同的物理屬性后，離開源地移致與源地性質不同的下墊面時，二者間又發生了熱量與水分的交換，則氣團的物理屬性又逐漸發生變化，這個過程稱為氣團的變性。一般來說，冷氣團移到暖的地區變性塊，而暖的氣團移到冷的地區變性慢。鋒面就是溫度、濕度等物理性質不同的兩種氣團的交界面，或者叫做過渡帶。鋒面與地面的交線，稱為鋒線，也簡稱為鋒。什么是氣團1氣團的變性和天氣2鋒面及分類3鋒面的表示4.5氣團與鋒的概念及鋒面天氣-暖鋒Part4暖鋒是指鋒面在移動過程中，暖空氣推動鋒面向冷氣團一側移動的鋒。（暖鋒過境后，暖氣團就占據了原來冷氣團的位置。暖鋒躲在中國東北地區和長江中下游活動，大多與冷鋒聯結在一起。暖鋒過境時，溫暖濕潤，氣溫上升，氣壓下降，天氣多轉云雨天氣。與冷鋒相對，暖鋒比冷鋒移動速度慢，可能會連續性降水或出現霧。）4.5氣團與鋒的概念及鋒面天氣-冷鋒Part4冷氣團主動向暖氣團移動形成的鋒稱為冷鋒。冷鋒是我國最常見的一種鋒，它可以活動于全國各地。A:快速移動的冷鋒受實際鋒面后遠處的強烈壓力系統推動。地面和冷鋒之間會產生一個陡峭的鋒面。B:向逼近的冷鋒飛行，云層從高空分散逐漸向低空分散變化，大氣壓力不斷下降，能見度降低。C:暖鋒和冷鋒在特性上是非常不同的，他們在速度、結構、天氣現象和預報方面都是變化多端的。4.5氣團與鋒的概念及鋒面天氣-風的轉向/靜止鋒Part4

風在鋒面兩側有明顯的逆向轉變，即由鋒后到鋒前，風向呈逆時針方向變化，形成鋒面氣旋。鋒面氣旋在我國春季最多，秋季較少。它是一個發展深厚的低氣壓系統，其中心氣壓低，四周氣壓高。空氣從外圍向中心流動，呈反時針方向旋轉。所以，處于氣旋前部（即東部）的地方，吹東南風；氣旋后部（西部），吹西北風。氣旋內部盛行輻合上升氣流，能造成大片降雨區。因此，當連續吹東南風時，往往預示著天氣將要變壞。天氣諺語說：“東南風雨祖宗，西北風一場空”和“東風雨，西風晴”是有一定實際意義的。

冷氣團和暖氣團，兩者勢均力敵、強度相當時，交鋒區很少移動，這種鋒面稱為靜止鋒。4.6嚴重影響飛行的氣象-雷暴Part4雷暴：由對流旺盛的積雨云引起的，伴有電閃雷鳴的局地風暴。數據統計C）雷暴與飛行:據科學家統計，在全球范圍內差不多每秒鐘就有近100次雷電奔馳落地，每小時約有1800場雷雨。雷暴能產生對飛機危害很大的電閃雷擊和冰雹襲擊、風切變和湍流，使飛機顛簸、性能降低，強降雨使飛機氣動性能變差、發動機熄火，要完全消除雷暴對飛機的影響還不可能。雷暴結構B）一般雷暴結構:雷暴單體的生命史根據垂直氣流狀況可分為三個階段，積云階段、成熟階段、消散階段。雷暴單體的水平尺度為5～10千米，高度可達12千米，生命期大約一小時左右。雷暴形成A）雷暴形成條件的重要天氣:雷暴是由強烈的積雨云產生的，形成強烈的積雨云需要三個條件：1深厚而明顯的不穩定氣層;2充沛的水氣;3足夠的沖擊力。4.6嚴重影響飛行的氣象-積冰、積冰的形成、強度Part4積冰的種類積冰的形狀積冰天氣積冰概率飛機積冰是指飛機機體表面某些部位聚集冰層的現象。飛機積冰主要分為三種：冰、霧凇、霜。積冰的形狀主要取決于冰的種類，飛行速度和氣流繞過飛行器的不同部位的情況。積冰的形狀一般分為槽狀冰、楔狀冰和混合冰。云是積冰的主要天氣現象。a）積云、積雨云b）層云、層積云c）高積云d）雨層云、高層云a）升力面積冰

b）發動機積冰

c）空速管和靜壓孔積冰

d）天線積冰

e）風擋積冰

f）操縱面積冰

g）起落架裝置結冰

h）飛機在地面積冰積冰的氣象條件積冰對飛行的影響凍雨\凍結的降水\過冷的地面霧、冷低云\溫度在冰點或以下\在有水氣、雪或雪地停機坪、滑行道和跑道上運作\由于地面風、飛機或地面輔助設備不斷把雪吹起來。4.6嚴重影響飛行的氣象-能見度的概念和種類Part4a）航空能見度地面能見度，指在晝間以靠近地平線的天空為背景，能分辨視角大于20’的地面灰暗目標輪廓的最大距離。空中能見度是指在空中飛行時，透過座艙玻璃觀測地面或空中目標的能見度。d）跑道能見度指從跑道的一端沿跑道方向可以辨認跑到本身或接近跑道的目標物（夜間為指定的跑道邊燈）的最大距離。e）垂直能見度指渾濁媒質中的垂直視程。f）傾斜能見度指從飛行中的飛機駕駛艙觀察未被云層遮蔽的地面上的明顯目標物（夜間為規定的燈光）時，能夠辨認出來的最大距離。從地面向斜上方觀察時能見度也稱為傾斜能見度。c）主導能見度指觀測點四周一半以上的視野內能達到的最大水平距離。b）有效能見度指觀測點四周一半以上的視野內能達到的最大水平距離。中國民航觀測和報告有效能見度。能見度:是反應大氣透明度的一個指標，航空界定義為具有正常視力的人在當時的天氣條件下還能夠看清楚目標輪廓的最大距離。(最小能見度：指能見度因方向而異時，其中最小的能見距離。)4.6嚴重影響飛行的氣象-影響能見度的因素Part4

國際上對煙霧的能見度定義為不足1km，薄霧的能見度為11km～2km，霾的能見度為2km～5km。

煙霧和薄霧通常被認作是水滴的重要組成部分，霾和煙的粒徑相對要小一些，這表明一些探測器如熱影響儀（ThermalImagersTI/LIR）利用遠紅外，其波長為10um左右，這個能更好的穿透霾和一些煙霧，因為其粒徑比波長要小。

因此紅外輻射既沒有被明顯的改變方向也沒有被顆粒物完全吸收。能見度不足100米通常被認為為零。影響因素在空氣特別干凈的北極或是山區，能見度能夠達到70～100km，然而能見度通常由于霾或霧等大氣污染以及濕氣而有所降低，同樣沙塵暴、森林大火、雷雨、暴風雪等也對能見度造成巨大影響。4.6嚴重影響飛行的氣象-視程Part4AB跑道視程應是在離跑道一側不超過120米處。代表接地地帶的觀測，其觀測位置應沿跑道，離入口處約300米；代表跑道中間地段和較遠地段的觀測位置，應位于沿跑道入口約1000米到1500米，但要離跑到另一端300米。視程障礙包括霧、輕霧、雪暴、吹雪、沙塵暴、揚沙、浮塵、煙幕、霾……跑道視程（runwayvisualrange），簡稱RVR，其定義為：在跑道中線，航空器上的飛行員能看到跑到面上的標志或跑道邊界燈或中線燈的距離。視程障礙即視程障礙天氣現象是指空氣中因存在水汽凝接物、干質懸浮物等而使空氣變得渾濁，并造成能見度下降的一類天氣現象。4.6嚴重影響飛行的氣象-山地氣流對飛行的影響Part4山地氣候我國有很多地方是起伏不平的山地和丘陵，這些地方除受緯度和海、陸的影響以外，還因山的高度、大小、坡度、坡向等種種因素的影響而具有獨特的氣候狀態，稱為山地氣候。對飛行的影響

山地飛行的關鍵在于一定要在安全高度以上，高度就是生命。飛過山脊后不應立即下降高度，以免墜入滾軸湍流中，在山谷飛行時，常靠近迎風坡飛行，飛出山口也不要過早的轉彎，以免誤入立軸湍流中，當飛機遭遇下沉氣流，并超過其爬升能力而引起碰撞山體，因為此時飛機往往不能區分地形，也不能完全扭轉當時的危境。在云中飛行，應保持越山的安全高度，同時注意云內負溫情況，避免飛機積冰。山地飛行，氣壓高度表因升降氣流影響，誤差較高，可偏至數百米，應把握飛行高度，避免迷航。同時山區中午常出現局地雷暴，飛行是密切注意不要誤入積雨云。山地風向變化大，起飛、降落必須注意當時風的情況。4.6嚴重影響飛行的氣象-低空風切變Part4A低空風切變的種類低空風切變的天氣條件低空風切變對起降影響地空風切變的識別避讓BCD1.風的水平切變2.風的垂直切變3.垂直風的切變A1.強對流天氣A2.鋒面天氣A3.輻射逆溫型的低空急流天氣B：地理、環境因素引起的風切變。1.以微下沖氣流為例，它是以垂直風切變為主要特征的綜合風切變區。2.嚴重的低空風切變，常發生在低空急流即狹長的強風區，對飛行安全威脅極大。A）目視判斷法雷暴冷性外流氣流的塵卷風滾軸狀云雷暴云體下垂的雨幡B）儀表判斷法空速表指示非理性變化高度表的不正常變化升降速度表波動俯仰姿態指示器4.6嚴重影響飛行的氣象-低空風切變（事故案例）Part432014年7月，臺灣失事飛機2個黑匣子找到，懷疑風切變是元兇。22009年3月23日，聯邦快遞80號班機在日本成田國際機場降落時，因風切變墜毀，2名駕駛員遇難。11985年8月2日，達美航空191號航班在美國達拉斯-沃斯堡國際機場墜毀，造成137人死亡。4.7航空氣象資料分析和應用Part4地面天氣圖地面圖是天氣分析和預報業務中最基本的天氣圖。圖上除了填有地面的氣溫、露點、風向、風速、水平能見度和海平面氣壓等觀測記錄外，還填寫有一部分高空氣象要素的觀測記錄，如云和現在天氣現象等。衛星云圖衛星云圖（satellitecloudimagery）由氣象衛星自上而下觀測到的地球上的云層覆蓋和地表面特征的圖像。利用衛星云圖可以識別不同的天氣系統，確定它們的位置，估計其強度和發展趨勢，為天氣分析和天氣預報提供依據。航路天氣圖等航路天氣預報是指自起飛機場到降落機場或目標區的整個航路地段的天氣預報。它提供飛機在沿航線飛行過程中將會遭遇的天氣以及降落站的天氣。4.8航空氣象-服務設施Part4航空氣象技術裝備主要包括航空氣象觀（探）測設備、氣象情報傳遞和終端設備、各類計算機以及一些特殊裝備。氣象衛星和氣象雷達是現代重要的航空氣象設備。氣象衛星能提供可見光云圖、紅外云圖、空中風場、高空急流位置和強度、氣溫和水汽的垂直分布等。通過對衛星資料的分析，可獲得準確的國際航線大氣風的預報，從而使遠程航行的意外事故大為減少，氣象雷達包括測風、測云、測雨等多種類型，其中測雨雷達是掌握對飛行安全威脅嚴重的強對流天氣的有效工具。航空氣象廳為了提高航空航行安全性和正規性、效率性，根據國際民間航空協定和世界氣象機構技術規定、地區航空航行協定所規定標準和規勸，執行航空氣象服務業務。主要的服務內容有氣象觀測、氣象預報、氣象特報和氣象信息服務系統。4.9國內航空天氣獲取途徑Part4民航機場預報軍用氣象臺站網絡查詢天氣獲取國內氣象獲取途徑:天氣預報是根據氣象觀測資料，應用天氣學、動力氣象學、統計學的原理和方法。對某區域未來一定時段的天氣狀況作出定性或定量的預測。天氣預報的發展可分為三個階段：單站預報、天氣圖預報、數值天氣預報。天氣預報可分為天氣形勢預報和氣象要素預報。天氣形勢預報即未來某時段內各種天氣系統的生消、移動和強度的變化。氣象要素預報即預報氣溫、風、云、降水和天氣現象等在為了某時段的變化。其中天氣形勢預報是氣象要素預報的基礎。一本書搞懂無人機WWW.ABINGE.COM制作人：劉賓（下部分）【空域機場】【任務規劃】【旋翼無人機】【飛行手冊】本教程依據中國民用航空局已備案的教學大綱編寫空域機場任務規劃旋翼無人機飛行手冊空域機場空域知識空域的運營要求機場、起降場5.1空域知識-空域的概念Part5空域的概念：

空域是航空器運行的環境，也是寶貴的國家資源。

國務院、中央軍委十分重視我國民用航空交通管制的建設工作，目前正在推進空域管理改革，預計劃分三類空域，管制空域、監視空域和報告空域。5.1空域知識Part55.1空域知識Part55.1空域知識-空域的分類Part501飛行情報區空中交通服務空域禁航區限制區020304危險區055.2空域運行要求-概況Part5目前我國民用遙控駕駛航空器系統使用空域分為融合空域和隔離空域。（隔離空域是指專門分配給遙控駕駛航空器運行的空域。）概況申報飛行區域申報飛行計劃緊急飛行計劃的申報申報飛行空域原則上與其它空域水平間隔不小于20km，垂直間隔不小于2000m。無論在融合空域還是在隔離空域實施飛行都要預先申請，經過相應部門批準后方能執行。執行緊急救護、搶險救災或者其它緊急任務，飛行計劃申請最遲應在飛行前一小時提出。ABCD5.3空域運行要求-機場、起降場Part5概念標志燈光機場起降場

機場

是指在陸地上或水上的一個劃定區域，全部或部分用于航空器起飛、降落、滑行、停放和地面活動，(包括建筑物、設施、設備)。

起降場是指在陸地或水上的一個臨時劃定區域，用于航空器的臨時起降。其包括臨時跑道和起降點及保障飛行的設施、設備等。一、機場基準點是表示機場地理位置的一個點。二、A）跑道標志B）風向指示器三、機場有機場燈標、進近燈光系統、跑道入口燈光、跑道邊燈等。任務規劃概念與功能約束條件與原則分類與方法案例6.1任務規劃-概念與功能-概念與目標Part6概念目標

無人機任務規劃（MissionPlanning）是指根據無人機需要完成的任務、無人機的數量以及攜帶任務載荷的類型，對無人機制定飛行路線并進行任務分配。主要目標是依據地形信息和執行任務環境條件信息，綜合考慮無人機的性能、到達時間、耗能、威脅以及飛行區域等約束條件，為無人機規劃出一條或多條自出發點到目標點的最優或次優航跡，保證無人機高效、圓滿地完成任務。6.1任務規劃-概念與功能-主要功能Part6

充分考慮無人機自身性能和攜帶載荷的類型，可在過任務、多目標情況下協調無人機及其載荷資源之間的配合，以最短時間以及最小代價完成既定任務。

在無人機避開限制風險區域以及耗油最小的原則上，制定無人機的起飛、著陸、接近監測點、監測區域、離開監測點、返航及應急飛行等任務過程的飛行航跡。

能夠實現飛行仿真演示、環境威脅演示。檢測效果演示。任務分配功能1航跡規劃功能2仿真演示功能36.2任務規劃-約束條件與原則-約束條件Part6無人機物理限制最小轉彎半徑\最大俯仰角\最小航跡段長度\最低安全飛行高度實時性要求當預先具備完整精確的環境信息時，可一次性規劃自起點到終點的最優航跡。飛行任務要求無人機具體執行的飛行任務主要包括到達時間和進入目標方向等飛行環境限制無人機在執行任務時，會受到如禁飛區、障礙物、險惡地形、氣象等復雜環境的限制6.2任務規劃-約束條件與原則-原則Part6任務規劃的原則：

任務規劃一般從接受任務開始，根據任務人工選擇幾個航跡點。對這些點進行檢驗和調整，使之滿足各種約束條件的需求。選用優化準則（如最短路徑分析）由計算機輔助生成飛行航線。用檢驗航線上的每個點，若全部通過，則找到了一條可用的航線。6.3任務規劃-分類與方法-分類、描述、分解Part6a）任務理解整個流程開始于接收上級下發的任務、命令，首先對任務進行保存，提供查閱和顯示。d）航跡規劃下一步航跡規劃，在目標分配的基礎上，根據環境變化情況、無人機航速、飛行高度范圍、燃油量和設備性能制定飛行航跡，并申請通信保障和氣象保障。e）航跡優化航跡規劃完成后根據無人機飛行最小轉彎半徑和最大俯仰角對航跡進行優化處理，執行出合適無人機飛行的航跡。f）航跡評估最后生成計劃保存并發送。c）任務分配其次進行任務分配，在這個過程里提供可用的無人機資源和著陸點的顯示，輔助操作人員進行載荷規劃、通信規劃和目標分配。b）環境評估然后輔助操作人員進行任務理解，分析任務執行的地理區域、時間區間，任務所包含的目標航點數，各個航點的位置、重要程度等情況。分類:從實施時間上劃分，任務規劃可以分為預先規劃和實時規劃。6.3任務規劃-分類與方法-分類、描述、分解Part6任務規劃處理流程6.3任務規劃-分類與方法-航跡規劃Part6電子地圖校準航跡規劃步驟由于加載的電子地圖與實際操作時的地理位置信息有偏差，需要在使用前對地圖進行校準。首先是飛行前預規劃，即根據既定任務，結合環境限制與飛行約束條件制定特殊任務；其次是飛行過程中的重規劃，即根據飛行過程中遇到的突發狀況調整飛行路徑或改變動作任務。6.4任務規劃-分類與方法-應急預案Part6

任務規劃時還要考慮異常應急措施，即應急航線。其主要目的是確保飛機安全返航，規劃一條安全返航通道和應急迫降點，以及航線轉移策略（從航線上的任意點轉入安全返航通道或從安全返航通道轉向應急迫降點或機場）。6.4任務規劃-案例Part6無人機在HOME點起飛，直至到達wp1點前飛行高度保持在地面站上方100m；

到達wp1點時飛行高度降至80m，并開始執行航拍任務，每10秒采集一次圖像，直至到達wp2點結束航拍任務；自wp2點途徑wp3點，直至到達LAND點時，只執行飛行動作，并始終保持98m的飛行高度，20m/s的航速；到達LAND點時開始著陸，至此整個飛行任務結束旋翼無人機（分類及主流布局形式）旋翼無人機的分類共軸無人直升機單旋翼帶尾槳無人直升機多軸無人直升機7.1.1旋翼無人機的分類Part7什么是旋翼飛行器：

旋翼飛行器是一種重于空氣的航空器，其在空中飛行的升力由一個或多個旋翼與空氣進行相對運動的反作用獲得，與固定翼航空器為相對的關系。

現代旋翼無人機主要包括單旋翼帶尾槳無人直升機，共軸雙旋翼無人直升機以及近年來蓬勃發展的多軸無人飛行器。7.1.1旋翼無人機的分類-按起飛重量分類Part7空機質量小于等于7公斤，多數的多軸無人飛行器屬于這一級別；微型旋翼無人機輕型旋翼無人機小型旋翼無人機大型旋翼無人機空機質量大于7公斤，小于等于116公斤。【如美國飛馳公司與深圳通飛航空共同研制的AF25B共軸無人機】空機質量大于116公斤，小于等于5700公斤。【如美國格魯門公司的RQ-8A“火力偵察兵”】大型無人旋翼機，空機質量大于5700公斤的。【目前這個級別還沒有實用的系統】12347.1.1旋翼無人機的分類-按結構型式分類Part701單旋翼帶尾槳無人直升機雙旋翼共軸式無人直升機多軸無人飛行器其它類型0203047.1.2單旋翼帶尾槳無人直升機Part7旋翼的布局和參數選擇推、拉式尾槳尾槳的位置與方向槳葉翼型和片數槳葉扭轉主旋翼的平面形狀旋翼直徑旋翼軸前傾角

多數起飛重量較大的無人直升機也都采用此種布局。單旋翼帶尾槳直升機構造簡單，操縱靈便，確有其顯著的優點。（圖為美國飛馳公司生產的AF25B.com無人機）尾槳槳葉的扭轉旋翼的旋轉方向7.1.2單旋翼帶尾槳無人直升機Part7推、拉式尾槳尾槳的位置與方向槳葉翼型和片數槳葉扭轉主旋翼的平面形狀旋翼直徑旋翼軸前傾角尾槳槳葉的扭轉旋翼的旋轉方向7.1.3共軸無人直升機Part7

共軸雙旋翼直升機具有繞同一理論軸線一正一反旋轉的上下兩副旋翼，由于轉向相反，兩副旋翼產生的扭矩在航向不變的飛行狀態下相互平衡，懸停效率更高，載重量也有所提升。在實驗方面從20世紀50年代起，美國、日本、俄羅斯等相繼對共軸雙旋翼的氣動特性、旋翼間的氣動干擾進行了大量風洞實驗研究。經過半個多世紀的發展，共軸雙旋翼的旋翼理論得到不斷的發展和完善。這種構形的直升機以它固有的優勢越來越受到業內人士的重視。7.1.3共軸無人直升機-復合式共軸雙旋翼無人機Part7使直升機的姿態自穩定、容易操控；減輕尾槳的工作負擔、降低疲勞損耗；尾槳失效時保證直升機的航向穩定；發動機熄火后在安全高度內可以保證直升機平穩著陸。12345對地面效應及反扭矩有較強克服能力；復合式共軸雙旋翼直升機：由通飛航空公司設計，指在共軸雙層旋翼為理論基礎上，復合了尾旋翼的設計，可以在空中進行更穩定作業的飛行機器人系統，具有機動性、飛行姿態的穩定性、適應能力和開放性強的飛行機器人，2013年在國際無人機大賽上取得了實用性比分第一名的成績。7.1.3共軸無人直升機-AF25B共軸無人機特性Part7性能安全超大載荷長時續航多種失控保護系統確保飛行安全，上下雙層旋翼反扭矩對等，復合尾旋翼控制機構，功率損耗低。最大載荷達到15公斤，最大起飛重量達36.5公斤載重續航時間50–55分鐘，空載續航時間達到1.5-2.5小時飛行快速適應性強操作簡單最快飛行速度達25米/秒，爬升速度達6-7米/秒不限場地和氣候條件，可在小雨雪、沙塵等天氣下安全飛行，抗風等級達6級一鍵式起落，在手動模式下實現自主懸停7.1.3共軸無人直升機-總體結構特點Part7采用雙垂尾設計的共軸無人機共軸無人直升機的旋翼機構

共軸式直升機與單旋翼帶尾槳直升機的主要區別是采用上下共軸反轉的兩組旋翼用來平衡主旋翼的扭矩。(與相同重量的單旋翼直升機相比，若采用相同的槳盤載荷，旋翼半徑僅為單旋翼直升機的0.7倍。)

共軸式直升機的機身較短，同時其結構重量和載重均集中在直升機的重心處，因而減少了直升機的俯仰和偏航的轉動慣量。共軸式直升機一般采用雙垂尾以增加直升機的航向操縱性和穩定性。7.1.3共軸無人直升機-主要氣動特性Part71.共軸直升機具有較高的懸停效率；2.共軸雙旋翼的空氣動力對稱；3.具有較大的俯仰，橫滾控制力矩；共軸式直升機不需要額外的功率用于航向操縱，改善了操縱效率。共軸式直升機有較大的實用升限、較大的爬升速度、更大的續航時間。……誘導阻力低20%-30%7.1.3共軸無人機直升機-操縱系統Part7要點A：改變上下旋翼的扭矩的方式又分為：全差動、半差動、槳尖制動等；要點B：共軸直升機的縱橫向操縱系統是通過平行的操縱上下自動傾斜器來實現的；要點C：目前常見的俄式共軸式直升機的航向操縱則是通過改變上下旋翼的總距。7.1.3共軸無人直升機-操縱系統匯總（延伸閱讀）Part

707-03三、娛樂式：上下層旋翼不可變距，主旋翼螺距角度一體化成型，無尾槳，通過控制兩層旋翼的電機轉速差調整航向，這種結構保留了共軸直升機操作簡便的特點，但目前均是電動引擎，留空時間短、抗風能力差、體積小、幾乎沒有任務載荷能力，僅限于無風條件的娛樂飛行。07-02二、卡莫夫-論證：上下兩層旋翼可變距控制直升機的升降，十字盤控制俯仰和副翼飛行，上層十字盤變距和槳距差控制通過主軸內的2根內軸完成，通過調整上層槳距差（螺距角度差異）控制航向，如卡莫夫公司設計的民用超輕型共軸等，目前計劃推出的卡92也是相同的工作原理，此款直升機結構維護相對復雜，2012年3月中國某軍方背景的公司在新加坡航展路面的共軸直升機也是此種結構（目前此項目已經停止），這種通過內軸變距的工作結構，對材料要求高，維護復雜，同時對飛控等電子產品依賴性強，并不適合做無人機來使用。（瑞士某民用公司及中國北航均采用過此種設計，但個人認為其周期擺動是結構問題，在無高性能的飛控出現之前并不可能實用，另外內軸變距的原理在飛行時非常容易形成疲勞截面，構成安全隱患。）07-01一、卡莫夫-現役：上下兩層旋翼可同時變距控制直升機的升降，十字盤控制俯仰和副翼飛行，無尾槳（有尾舵），上層旋翼變距通過主軸內的單根細軸上下運動實現，通過調整上下層槳距差（螺距角度差異）控制航向，如俄羅斯的卡52等。（卡系列是目前唯一在服役的共軸直升機，卡27等民用款因任務載荷大，出口到其它國家后均被當做運輸直升機來使用。）7.1.3共軸無人直升機-操縱系統匯總（延伸閱讀）Part

707-07七、復合式共軸：上下兩層旋翼可變距，通過十字盤控制飛行方向，并由尾旋翼控制航向，優點是安全性能高，對飛控系統依賴性低、抗側風能力強、戰損后存活率高，其結構不限制為有人機還是無人機均可使用，缺點是結構重量略有增加。通飛航空2008年完成論證，2011年、2013年兩次在國際無人機設計大賽上獲獎、暫未量產。07-06六、傘齒轉動方式：這種設計不通過機體內的齒輪箱實現反向轉動，而是通過兩側主旋翼間的傘齒實現槳的反轉，可變主旋翼槳距，此方式結構簡單，對傘齒材料要求高，航向控制采用尾舵，飛行機動性較差，如美國的“鷹的鱸魚”，中國北航直接購買后命名為蜜蜂M16，中國慶安集團411所2013年為軍內設計的無人直升機采用次用此種結構。07-05五、懸掛式：這種結構的直升機兩層主旋翼翼型固定，采用四個125引擎作為動力，通過引擎轉速提高升力，手動直接控制十字盤的朝向來實現俯仰和副翼飛行，利用旋翼的轉速差完成航向控制，如日本的GH4單人直升機，缺點是飛行速度慢，任務吊艙航線飛行時晃動明顯。（目前美國民間有人設計過不可變距，手動整體控制十字盤方向，通過尾舵控制航向的飛行器，也在論證階段，因旋翼和載荷平臺分離，工作時主體晃動嚴重。）07-04四、論證式：上下層主旋翼可以變距，通過大槳的轉速差控制航向，目前已經完成論證，但對齒輪結構要求高，并對飛控依賴性強，耗電大，留空時間短，在電池技術沒有明顯突破之前個人認為其暫時并不實用。7.1.4多軸無人飛行器Part

7知識點：一知識點：二知識點：三多軸無人飛行器又稱多旋翼飛行器。以最常見的四旋翼為例，有四個旋翼來舉升和推進飛行。和固定翼飛機不同，它通過旋翼的旋轉使飛行器升空。知識點：四知識點：五

它的四個旋翼大小相同，分布位置對稱，轉向分別相反。

過調整不同旋翼之間的相對轉速來調節拉力和扭矩，控制飛行器懸停、旋轉或航線飛行。四軸飛行器被用來解決旋翼機的扭矩問題，四軸飛行器是最早的一批比空氣重的垂直起降飛行器。圖：1923年的四軸飛行器7.1.4多軸無人飛行器Part

7A：近年來多軸飛行器在無人機領域獲得了新生，使用現代的電動動力裝置和智能控制系統，使多軸飛行器飛行穩定，操控靈活。B：因為多軸無人飛行器體積小、重量輕、成本低、攜帶方便，常用來制作玩具模型，也用來執行航拍電影取景、實時監控、地形勘探甚至送快遞等任務。【主要問題：任務載荷、抗風能力、留空時間】旋翼無人機（構造）旋翼傳動系統尾槳操縱系統7.2.1旋翼-旋翼的功能Part7B:旋翼的基本功能是產生旋翼拉力。D:飛行員操縱直升機改變飛行狀態，主要依靠改變旋翼拉力的大小和方向來實現。C:飛行中，拉力的一部分用于支托直升機，起升力作用，另一部分則為直升機的運動提供動力。A：旋翼是一個能量轉換部件，它把發動機通過旋翼軸傳來的旋轉動能轉換成旋翼拉力。7.2.1旋翼-旋翼槳葉Part7d）星形柔性槳榖旋翼c）萬向接頭式旋翼a）鉸接式旋翼b）無鉸式旋翼

直升機的旋翼由旋翼軸、槳榖和2～8片槳葉組成。

旋翼的結構形式主要是指旋翼槳葉和槳榖連接的方式。7.2.1旋翼-旋翼槳葉Part7槳葉的平面形狀槳葉的切面形狀槳葉的平面形狀常見的有：矩形、梯形、混合梯形、槳尖后掠形等幾種。較普遍采用的是矩形和混合梯形。矩形槳葉的空氣動力性能雖不如梯形槳葉好，但矩形槳葉制造簡便，所以仍得到廣泛使用。槳葉的切面形狀同機翼的切面形狀相似，稱為槳葉翼型。常見的有平凸型、雙凸型和對稱型槳葉翼型的特點，一般用相對厚度、最大厚度位置、相對彎度、最大彎度位置的等參數來說明。a）矩形b）混合梯形c）梯形d）翼尖后掠形7.2.1旋翼-旋翼槳轂Part7上層輪轂下層輪轂二葉輪轂關聯構造槳榖在承受有槳葉傳來的很大離心力的同時，在揮舞面及擺振面都要承受較大的交變載荷。這樣，槳榖也就存在著疲勞問題。問題：如何在保證疲勞強度和軸承運轉壽命的條件下做到重量最輕。7.2.2尾槳-功能、典型尾槳構造Part7d）“無軸承”式c）多葉鉸接式a）二葉“蹺蹺板”式b）多葉萬向接頭式

在機械驅動的單旋翼直升機上，尾槳是用來平衡旋翼的反扭矩；

通過改變尾槳的推力（或拉力）實現對直升機的航向控制；

旋轉的尾槳相當于一個安定面，能對直升機航向起穩定作用；

有的直升機上尾槳向上偏轉一個角度，也能提供一部分升力。010203047.2.3傳動系統Part7直升機傳動系統的主要作用：是將發動機的動力傳遞給主旋翼和尾槳。直升機傳動系統使主旋翼傳動起來產生升力，使尾槳協調轉動平衡扭矩，是直升機最重要的系統之一。傳動系統主要部件A）主減速器B）傳動軸（主、尾傳動軸）C）尾減速器及中間減速器D）旋翼剎車7.2.3操縱系統-功能、傾斜器構造Part71.旋轉環2.不旋轉環7.俯仰副翼操縱桿8.油門變距操縱桿3.套環4.5.動作操作拉桿6.滑套

操作系統是直升機的重要部件之一，駕駛員必須通過操縱系統來控制直升機的飛行，保持或改變直升機的平衡狀態。直升機的縱向移動和俯仰運動、橫向移動和滾轉運動時分不開的，

或者說是不獨立的，因此直升機的空間雖有六個自由度，但實際上只需要四個操縱，這四個操縱分別是總距操縱系統、縱向操縱系統。旋翼無人機（飛行原理與性能）直升機的力和力矩地面效應直升機的操縱模式旋翼的揮舞與擺振運動直升機的運動直升機的飛行性能7.3.1直升機的力和力矩Part7AB主要力矩旋翼的氣動力及其力矩尾槳的氣動力及其力矩平尾的氣動力及其力矩垂尾的氣動力及其力矩機身的氣動力及其力矩其它槳轂力矩重心力矩7.3.1直升機的力和力矩Part7旋翼的氣動力和力矩尾槳的氣動力及其力矩平尾的氣動力及其力矩a）旋翼的氣動力及其力矩。b）旋翼的反扭矩M。c）旋翼的槳榖力矩M和MM，一個槳榖俯仰力矩M。a）尾槳的偏轉力矩M。b）尾槳的滾轉力矩M。c）尾槳的反扭矩M。飛行中平尾的迎角通常為負迎角，因此要產生向下的升力Y，這個向下的升力就要對直升機重心構成上仰力矩M。垂尾的氣動力及其力矩機身的氣動力及其力矩垂尾使直升機在前飛時，能產生一個側力Z，這個側力對重心構成偏轉力矩M，其方向同旋翼旋向一致，在大部分場合，可以對尾槳起到卸荷作用。機身的氣動力及其力矩，其大小和方向與機身的形狀和飛行狀態有關，而在大速度飛行時，隨飛行速度的增大而增大。旋翼槳轂力矩的形成旋翼的氣動力7.3.2旋翼的揮舞與擺振運動Part7a）軸流狀態下旋翼槳葉的周向相對氣流直升機在無風條件下作垂直直升、降或懸停，都可以認為旋翼處于垂直飛行狀態，也稱軸流狀態。b）前飛狀態下旋翼槳葉的周向相對氣流直升機作前飛時，可以認為旋翼處在斜流狀態。a）旋翼水平鉸的作用；b）軸流狀態下槳葉的自然揮舞運動；c）前飛狀態下槳葉的自然揮舞運動；旋翼槳葉的周邊相對氣流1水平鉸與槳葉的揮舞運動27.3.2旋翼的揮舞與擺振運動Part7a）哥氏力的產生和危害

槳葉繞水平鉸上下揮舞時，每片槳葉的重心至旋翼軸的距離都在不斷變化。槳葉向上揮舞時，槳葉重心至旋翼軸的距離減小；向下揮舞時，距離增大。這樣槳葉上下揮舞時，槳葉重心就有了徑向速度，必定要受到哥氏力的作用。

b）垂直鉸的作用與槳葉的擺振運動

在疲勞強度高的新材料出現之前，要解決這個問題，就需要增大槳葉與槳榖連接處的截面，從而使旋翼的結構變得十分笨重。垂直鉸與槳葉的擺振運動3槳葉的揮舞調節作用前飛時旋翼椎體的后倒角軸流狀態下的旋翼拉力軸流狀態下槳葉的自然揮舞《===7.3.3地面效應-概念Part7

直升機的地面效應，是指直升機在接近地面的高度工作時，被旋翼排向地面的氣流受到地面的阻力，從而影響旋翼空氣動力的一種現象。

旋翼向下排壓的氣流受到地面阻擋，旋翼下方的靜壓增大，誘導速度減小，在保持拉力相同的條件下所需功率減小，或在保持功率不變的條