無人機飛行控制技術

第1章

無人機飛行控制概述第2章

飛機的基本知識第3章

測量與傳感器第4章

舵機與舵回路第5章

固定翼無人機飛行控制系統(tǒng)第6章

多旋翼無人機及其控制第7章

無人機導航系統(tǒng)第8章

無人機測控系統(tǒng)全套可編輯PPT課件

本課件是可編輯的正常PPT課件課程思路無人機飛機及環(huán)境飛機狀態(tài)如何改變飛行狀態(tài)如何按要求飛（固定翼、多旋翼）怎么飛到目的地飛的目的飛的如何本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.1飛行控制的的基本概念1.1.1飛行控制的分類

飛行控制的形式各式各樣，但根據(jù)其是否有人參與的特點一般分為人工飛行控制系統(tǒng)和飛行自動控制系統(tǒng)兩類。1.人工飛行控制系統(tǒng)(MFCS)

人工飛行自動控制系統(tǒng)包含駕駛員(位移)輸入信號，即有駕駛員參與操作，包括以下兩種類型的系統(tǒng)：一是帶有阻尼、增穩(wěn)的人工飛行控制系統(tǒng)（殲7D、殲8、轟6等）；二是電傳操縱系統(tǒng)(殲10、F16等三代機以及無人機)。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.1飛行控制的的基本概念1.1.1飛行控制的分類2.飛行自動控制系統(tǒng)(AFCS)

自動飛行是指用一套控制系統(tǒng)在無人直接參與的情況下，自動控制飛機的飛行，早期的飛行控制系統(tǒng)被稱為自動駕駛儀。飛行自功控制系統(tǒng)除了實現(xiàn)飛機的自動飛行功能外，還能在特定情況下改善飛機的性能，提高飛行品質。飛機的飛行無需人的直接參與，它是完全按照預定的指令來完成各項飛行任務的，即飛機是由駕駛儀來操縱的。無人機的操縱（超視距）就屬于此類。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.1飛行控制的的基本概念1.1.2飛行操縱（控制）系統(tǒng)的發(fā)展

飛行操縱（控制）系統(tǒng)是飛行員用來操縱飛機上各個操縱面（例如升降舵和副翼等）實現(xiàn)機動飛行的系統(tǒng)，它包括主操縱系統(tǒng)和輔助操縱系統(tǒng)。主操縱系統(tǒng)用來操縱升降舵、副翼和方向舵。輔助操縱系統(tǒng)用來操縱調整片、水平穩(wěn)定面以及起落架、襟翼和減速板等。主操縱系統(tǒng)的一個明顯特點是：飛行員操縱舵面時，會感到有位移和力，飛行全程工作。輔助操縱系統(tǒng)的一個明顯特點是：在特定階段工作。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.1飛行控制的的基本概念1.1.2飛行控制系統(tǒng)的發(fā)展1.簡單機械操縱系統(tǒng)

飛行員移動駕駛桿或腳蹬，經(jīng)傳動機構（包括傳送連桿，搖臂、鋼索和滑輪等）操縱舵面。

在飛行中，飛行員在操縱駕駛桿或腳蹬時，必須對駕駛桿或腳蹬施加桿力，以克服舵面的鉸鏈力矩。飛行員依據(jù)位移和力的感覺給出適當?shù)亩嫫?，通過飛機主操縱系統(tǒng)操縱飛機。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.1飛行控制的的基本概念1.1.2飛行控制系統(tǒng)的發(fā)展2.助力操縱系統(tǒng)

當飛機在對稱平面內作機動飛行時，操縱力矩必須大于穩(wěn)定力矩。帶有升降舵的水平尾翼，在亞音速飛行時偏轉升降舵能夠產(chǎn)生足夠的操縱力矩，但是在超音速飛行時則不能。這是因為當飛機超音速飛行時，一方面由于飛機焦點后移，穩(wěn)定力矩增加；另一方面由于升降舵效率下降，操縱力矩減小，因此升降舵不再適應超音速飛機。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.1飛行控制的的基本概念1.1.2飛行控制系統(tǒng)的發(fā)展2.助力操縱系統(tǒng)為使飛機產(chǎn)生足夠的操縱力矩，通常采用全動平尾。隨著舵面尺寸與飛行速度的增加，鉸鏈力矩急劇增加，這將使桿力大大增加，如果桿力的增加超過飛行員的體力限度，將無法駕駛飛機。此外，飛機飛行速度和高度的增加，也使桿力梯度、桿位移梯度改變，甚至出現(xiàn)反操縱現(xiàn)象，嚴重影響飛行員操縱飛機。為改善這些問題，飛機上增加了相應的設備---典型的為力臂調節(jié)器。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.1飛行控制的的基本概念1.1.2飛行控制系統(tǒng)的發(fā)展2.助力操縱系統(tǒng)

為解決這些問題，在機械操縱系統(tǒng)中增設液壓助力器，構成助力飛行操縱系統(tǒng)。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.1飛行控制的的基本概念1.1.2飛行控制系統(tǒng)的發(fā)展3.全助力操縱系統(tǒng)

隨著飛機的進一步發(fā)展，飛機的飛行已不僅僅是飛行速度的提高，飛機的機動性也大大增強。為了進一步減輕飛行員的操縱疲勞，在助力操縱系統(tǒng)的基礎上發(fā)展為全助力操縱系統(tǒng)。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.1飛行控制的的基本概念1.1.2飛行控制系統(tǒng)的發(fā)展4.阻尼-增穩(wěn)控制系統(tǒng)

隨著飛機向高空高速方向發(fā)展，殲擊機外形具有大后掠角、薄翼、機身細長等特點，飛機自身穩(wěn)定性不足，如縱向出現(xiàn)高頻不衰減的“低頭”現(xiàn)象。為提高飛機穩(wěn)定性，發(fā)展了阻尼和增穩(wěn)系統(tǒng)（StablyAugmentationSystems，簡稱SAS）。這是第一次將人工操縱與自動控制結合起來，這就形成了增穩(wěn)控制系統(tǒng)。最早的飛行控制系統(tǒng)。飛行控制系統(tǒng)：用于改善飛機的性能。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.1飛行控制的的基本概念1.1.2飛行控制系統(tǒng)的發(fā)展4.阻尼-增穩(wěn)控制系統(tǒng)本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.1飛行控制的的基本概念1.1.2飛行控制系統(tǒng)的發(fā)展5.控制增穩(wěn)系統(tǒng)

隨著阻尼-增穩(wěn)系統(tǒng)的采用，在提高飛機穩(wěn)定性的同時，降低了飛機的操縱效率。為有效解決穩(wěn)定性與操縱性的矛盾，在增穩(wěn)系統(tǒng)的基礎上，發(fā)展成了控制增穩(wěn)系統(tǒng)（ControlAugmentationsystems，簡稱CAS）。該系統(tǒng)是在增穩(wěn)系統(tǒng)基礎上增加一個桿力傳感器和一個指令模型構成的，由機械通道、電氣通道和增穩(wěn)回路組成。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.1飛行控制的的基本概念1.1.2飛行控制系統(tǒng)的發(fā)展5.控制增穩(wěn)系統(tǒng)

電氣與機械兩通道并聯(lián)，駕駛員操縱信號一方面通過機械鏈使舵面偏轉某角度，另一方面又通過桿力傳感器輸出指令信號，經(jīng)指令模型與反饋信號綜合后控制舵面偏轉某個角度，總的舵面偏角為上述兩舵面偏角之和。這就是控制增穩(wěn)系統(tǒng)。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.1飛行控制的的基本概念1.1.2飛行控制系統(tǒng)的發(fā)展機械操縱系統(tǒng)的缺陷：（1）在大型飛機上機械操縱系統(tǒng)越來越笨重，尺寸也越來越大；（2）系統(tǒng)內不可避免地存在一些非線性，如摩擦力和傳動間隙等，其所產(chǎn)生的機械遲滯現(xiàn)象是造成系統(tǒng)自振的重要因素；（3）機械操縱系統(tǒng)直接固定在機體上，容易傳遞飛機的彈性振動，引起駕駛桿偏移，甚至造成人機誘發(fā)振蕩；（4）無法徹底解決高性能飛機操縱與穩(wěn)定中的許多問題。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.1飛行控制的的基本概念1.1.2飛行控制系統(tǒng)的發(fā)展6.電傳操作系統(tǒng)60年代后期，出現(xiàn)了隨控布局飛機（ControlCensuredVehicle）及其飛行控制系統(tǒng)，它是電傳飛行控制系統(tǒng)與新的氣動技術相結合的產(chǎn)物。所謂隨控布局飛機可以直觀地理解為隨控制技術布局的飛機，也就是飛機的布局決定于控制系統(tǒng)，并由于控制系統(tǒng)的作用兩獲得所希望的氣動特性和響應特性。在隨控布局設計中，飛行控制系統(tǒng)與氣動力、結構、發(fā)動機三大要素處于同等地位。而在現(xiàn)代飛機機控制系統(tǒng)中，電傳操縱系統(tǒng)(FBW)又是其核心系統(tǒng)。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.1飛行控制的的基本概念1.1.2飛行控制系統(tǒng)的發(fā)展6.電傳操作系統(tǒng)

電傳操縱系統(tǒng)是將飛行員操縱裝置（駕駛桿、腳蹬）發(fā)生的信號，經(jīng)過變換器變成電信號，通過電纜直接傳輸?shù)蕉鏅C的一種操縱系統(tǒng)。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.1飛行控制的的基本概念1.1.2飛行控制系統(tǒng)的發(fā)展6.電傳操作系統(tǒng)電傳操縱系統(tǒng)應用了余度技術（又稱為冗余技術），解決了電氣系統(tǒng)可靠性差的問題（四余度電傳操縱系統(tǒng)故障概率可達10-8次/飛行小時），消除了人工飛行控制系統(tǒng)存在的間隙、摩擦、變形等非線性的不良影響，改善了微小信號的傳遞，也解決了駕駛桿帶來的力反傳問題，特別是提高了戰(zhàn)傷生存能力。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.1飛行控制的的基本概念1.1.3無人機飛行控制系統(tǒng)的基本原理1.人工操縱飛機的過程

利用飛行控制系統(tǒng)的目的就是采用一套控制系統(tǒng)代替駕駛員對飛機的操縱，因此這套系統(tǒng)必須具備駕駛儀的功能。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.1飛行控制的的基本概念1.1.3無人機飛行控制系統(tǒng)的基本原理2.自動飛行控制系統(tǒng)它是一個“反饋”系統(tǒng)，即閉環(huán)系統(tǒng)。圖中虛線框表示飛行員。自動飛行是用自動控制系統(tǒng)代替飛行員（無人機），所以自動控制系統(tǒng)中必須包含與虛線框內四個部分相對應的裝置，并與飛機構成一個閉環(huán)系統(tǒng)。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.1飛行控制的的基本概念1.1.3無人機飛行控制系統(tǒng)的基本原理2.自動飛行控制系統(tǒng)本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.1飛行控制的的基本概念1.1.3無人機飛行控制系統(tǒng)的基本原理2.自動飛行控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)中的敏感元件、放大計算裝置和執(zhí)行機構可代替飛行員的眼睛、大腦神經(jīng)系統(tǒng)和肢體，能自動地控制飛機的飛行。這三部分是飛行自動控制系統(tǒng)的核心，稱之為自動駕駛儀（Autopilot）。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.1飛行控制的的基本概念1.1.3無人機飛行控制系統(tǒng)的基本原理2.自動飛行控制系統(tǒng)自動飛行的基本原理就是自動控制理論中最重要、最本質的“反饋原理”。實現(xiàn)自動飛行必須通過自動控制系統(tǒng)形成回路。不同的飛行任務要求組成各種不同的回路。為便于分析。認為這個復雜的自動飛行回路是由簡單的內回路逐漸增添元部件形成新回路而得到的，具體地說，由三個回路組成。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.1飛行控制的的基本概念1.1.3無人機飛行控制系統(tǒng)的基本原理2.自動飛行控制系統(tǒng)（1）舵回路飛行自動控制系統(tǒng)根據(jù)輸入信號，通過執(zhí)行機構（舵機）控制舵面。為改善舵機的性能，通常引人內反饋，形成隨動系統(tǒng)，簡稱為舵回路。舵回路由舵機、放大器及反饋元件組成。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.1飛行控制的的基本概念1.1.3無人機飛行控制系統(tǒng)的基本原理2.自動飛行控制系統(tǒng)本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.1飛行控制的的基本概念1.1.3無人機飛行控制系統(tǒng)的基本原理2.自動飛行控制系統(tǒng)（2）穩(wěn)定回路舵回路加上敏感元件和放大計算裝置組成自動駕駛儀，并與飛機組成新回路即穩(wěn)定回路。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.1飛行控制的的基本概念1.1.3無人機飛行控制系統(tǒng)的基本原理2.自動飛行控制系統(tǒng)穩(wěn)定回路的主要功能是穩(wěn)定飛機的姿態(tài)，或者說穩(wěn)定飛機的角運動。敏感元件用來測量飛機的姿態(tài)角。由于該回路中包含了飛機，而飛機的動態(tài)特性又隨飛行條件而異，使穩(wěn)定回路的分析變得較為復雜。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.1飛行控制的的基本概念1.1.3無人機飛行控制系統(tǒng)的基本原理2.自動飛行控制系統(tǒng)（3）控制回路穩(wěn)定回路加上測量飛機軌跡的部件以及運動學環(huán)節(jié)又組成一個更大的新回路，稱為控制回路（或控制與導引回路，簡稱制導回路）。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.1飛行控制的的基本概念1.1.3無人機飛行控制系統(tǒng)的基本原理2.自動飛行控制系統(tǒng)三個回路在飛機的不同工作階段，起著不同功用。簡單說來，舵回路在操縱飛機時起關鍵作用，穩(wěn)定回路在保持和穩(wěn)定飛機的姿態(tài)時發(fā)揮功能，而控制回路則在飛機的起飛和著陸以及航跡變化時工作。實際上作為一個能達到完全控制飛機的飛控系統(tǒng)，其結構要復雜得多，我們在此僅僅介紹了其基本工作原理和構成。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.1飛行控制的的基本概念1.1.3無人機飛行控制系統(tǒng)的基本原理指令輸入本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.2飛機導航方法概述飛機飛行的目的，就是完成預定的飛行任務，而首要任務就是從所在地，飛往目的地，而這中間的可能是一段遙遠的距離，這就需要引導系統(tǒng)來完成這一任務，這一系統(tǒng)統(tǒng)稱為導航系統(tǒng)，飛行控制系統(tǒng)與導航系統(tǒng)組合才構成了真正使用的飛行控制系統(tǒng)。導航（navigation)就是引導航行的簡稱，指將載體從一個位置引導到另一個位置的過程。能夠向航行體的操縱者或控制系統(tǒng)提供航行體的位置、速度、航向、姿態(tài)等即時運動狀態(tài)的系統(tǒng)稱為導航系統(tǒng)。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.2飛機導航方法概述目前飛機導航的方法有多種，根據(jù)獲得導航參數(shù)的手段，其方法大致可以分為自主式和非自主式兩大類。不依靠外界信息，在不與外界發(fā)生聯(lián)系的條件下獨立完成導航或制導任務的是自主式。必須有地面設備或依靠其它裝置才能完成導航和制導任務的就是非自主式。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.2飛機導航方法概述對不同的對象來說，這兩種方式的意義是不一樣的。例如民用飛機，它可以充分利用地面導航設備，對自主性的要求就不如軍用飛機那樣迫切；相反，軍用飛機就不希望受地面導航設備的影響太大，要求它能獨立自主地、安全隱蔽地去執(zhí)行自已的任務。非自主式的導航方法，要依照外部目標和接收外部信息來確定飛機位置。屬于這類導航的有無線電導航、天文導航和衛(wèi)星導航等。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.2飛機導航方法概述1.2.1無線電導航利用無線電波在均勻介質和自由空間直線傳播及恒速兩大特性，進行引導航行的一種方法。這種導航方法中，一種是通過設置在飛機和地面上的收發(fā)設備，測量飛機相對地面臺的距離、距離差或相位差定位。如測距導航系統(tǒng)、羅蘭雙曲線導航系統(tǒng)。另一種是通過機上接收系統(tǒng)，接收地面臺站發(fā)射的無線電信號，測量飛機相對于已知地面臺的方位角來定位，如伏爾測向導航系統(tǒng)。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.2飛機導航方法概述1.2.1無線電導航目前軍用飛機使用較多的是測向與測距共用一個地面臺的塔康導航系統(tǒng)。無線電導航的主要優(yōu)點是精度較高，缺點是工作時必須有地面臺配合，電波易受干擾，也容易暴露自身，在軍事上應用就顯得嚴重不足。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.2飛機導航方法概述1.2.2多普勒雷達導航利用隨飛機速度變化，在發(fā)射波和反射波之間產(chǎn)生的頻率差即多普勒頻移的大小，來測量飛機相對地面的速度，進而完成導航任務的一種方法。這種導航方法只需要機上設立雷達發(fā)射和接收裝置便可測出地速的大小。再借助機上航向系統(tǒng)輸出航向角，將地速分解成沿地理北向和東向的速度分量，進而確定兩個方向的距離變化及經(jīng)、緯度大小，也就確定了飛機位置。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.2飛機導航方法概述1.2.2多普勒雷達導航多普勒雷達導航的主要優(yōu)點是無需地面臺，因而是主動式，自主性強，但是它工作時必須發(fā)射電波，容易受干擾和暴露自己。此外，定位精度與反射面形狀有密切關系。當飛機在海面和沙漠上空工作時，由于反射性極差會大大降低工作性能，同時導航精度也受雷達天線姿態(tài)的影響。當飛機接收不到反射波時，就會完全喪失工作能力。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.2飛機導航方法概述1.2.3衛(wèi)星導航利用無線電波傳播的直線性和等速性實施測距定位，以及利用載體與衛(wèi)星之間的多普勒頻移進行的導航方法。目前廣泛應用的衛(wèi)星導航是GPS全球定位系統(tǒng)、北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)和GLONASS全球導航系統(tǒng)。

衛(wèi)星導航由導航衛(wèi)星、地面站和用戶設備三大部分組成。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.2飛機導航方法概述1.2.4天文導航利用天空中的星體，在一定時刻與地球的地理位置具有相對固定關系這一特點，通過觀察星體，以確定載體位置的一種導航方法。天文導航主要借助星體跟蹤器自動跟蹤兩個星體，以便隨時測出星體對載體的基準參考面的高度角和方位角，并經(jīng)計算得到載體的位置和航向。通常載體基準參考面的確定是由陀螺穩(wěn)定平臺來實現(xiàn)。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.2飛機導航方法概述1.2.4天文導航天文導航系統(tǒng)的定向和定位精度不隨工作時間增長而降低，隱蔽性好，自主性強。所以天文導航尤其是天文與其它導航的組合仍具有廣泛的應用，特別是高空、遠程、跨海洋、過極地、經(jīng)沙漠的飛行更顯優(yōu)勢。但在云霧天氣飛或在中、低空，即使天氣很好，只能看見太陽而看不到其它星體時，難以完成定位的任務，這使天文導航在航空上的應用受到一定限制。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.2飛機導航方法概述1.2.5慣性導航所謂慣性導航，是指利用慣性元件測量載體相對于慣性空間的運動參教，如加速度，并在給定運動條件下，由導航計算機算出載體的速度、距離、位置及姿態(tài)方位等導航參數(shù)，以便引導載體順利完成預定的飛行任務。慣性導航的原理是建立在牛頓力學定律的基礎上，而牛頓定律的應用是以慣性空間作參考系的，所以把這一類導航稱作慣性導航。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.2飛機導航方法概述1.2.5慣性導航經(jīng)過不斷的研究探索和實際使用，慣性導航系統(tǒng)的性能有很大的提高。特別是隨著控制理論、電子技術、計算機和新型材料的不斷發(fā)展，慣性導航無論在理論方面，還是工程實踐方面都得到了非常迅速地發(fā)展。如今，在航空、航海和航天各個技術領域，都廣泛使用著不同類型的慣性導航系統(tǒng)。盡管性導航的理論基礎――牛頓力學定律，早在三百多年前就已經(jīng)問世，但是真正實現(xiàn)這一原理是在第二次世界大戰(zhàn)末期（1942年），當時德國科學家裴納蒙德，在V―2火箭上第一次裝上了初級型的慣性導航系統(tǒng)。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.2飛機導航方法概述導航和制導是兩個不同的概念。導航系統(tǒng)可以說是一個測量裝置，它用于人工能自由操縱的載體。當導航系統(tǒng)與自動駕駛儀聯(lián)用時，它相當一個敏感測量環(huán)節(jié)，使載體保持在一定的航線上；當作為一個獨立裝置使用時，它提供導航參數(shù)給駕駛員，使載體較好地按一定的航線航行。制導系統(tǒng)則直接控制載體的運動，把載體自動控制在航線上或軌道上，如彈道導彈、人造衛(wèi)星運載火箭等。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.3無人機概述現(xiàn)代戰(zhàn)爭已是坦克、大炮、飛機、軍艦多兵種之間的有機配合，空地海天電磁一體的立體戰(zhàn)爭。其技術之先進、殺傷力之強和危險性之大，都是前所未有的。而無人機以其體積小、重量輕、機動性好、飛行時間長和便于隱蔽為特點，尤其是因其無人駕駛，特別適合于執(zhí)行危險性大的任務，故在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中正發(fā)揮著越來越大的作用。在人們可以預見的將來，無人機將成為空中戰(zhàn)場的主角，成為各國軍隊的寵兒，而在民用領域也越來越得到重視。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.3無人機概述1.3.1無人機的誕生及發(fā)展歷程1.

無人機的誕生飛機誕生的故事已經(jīng)家喻戶曉，然而，無人機的誕生對于大多數(shù)人來說卻仍然是個謎。有人駕駛飛機的誕生是人類千年飛天夢想的驅動，無人機的誕生在很大程度上卻是由于人們?yōu)榱藬[脫飛機可能給駕駛員帶來的風險。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.3無人機概述1.3.1無人機的誕生及發(fā)展歷程1.

無人機的誕生民用飛機進行的飛行比賽和娛樂中出現(xiàn)的機毀人亡，軍用飛機在戰(zhàn)場上空被擊落所造成的飛機損失和飛行員傷亡，不斷給社會和人們帶來切膚之痛。因此，研制一種既能完成飛行任務又不會造成飛行員傷亡的飛機就成為當時航空界思考的問題。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.3無人機概述1.3.1無人機的誕生及發(fā)展歷程1.

無人機的誕生1927年，英國皇家飛機研究所研制出“喉”式單翼無人機，“喉”式單翼無人機攜帶113kg的炸彈在軍艦上安裝的一個小傾角的滑軌上滑行起飛，以322km/h的速度成功飛行了480km，標志著無人機的誕生。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.3無人機概述1.3.1無人機的誕生及發(fā)展歷程2.

無人機的發(fā)展歷程從英國研制成功世界上第一架無人機開始，軍用無人機經(jīng)歷了無人靶機、預編程序控制無人偵察機、指令遙控無人偵察機、復合控制多用途無人機的發(fā)展過程，迄今無人機已經(jīng)經(jīng)受了半個多世紀軍隊訓練與戰(zhàn)爭的考驗。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.3無人機概述1.3.1無人機的誕生及發(fā)展歷程2.

無人機的發(fā)展歷程根據(jù)在戰(zhàn)爭中的應用，無人機的發(fā)展大體上可以分為以下三個階段：（1）純輔助作戰(zhàn)階段（20世紀60-70年代）（2）廉價無人機的普及化階段（20世紀70年代-90年代）（3）無人機飛速發(fā)展階段（20世紀90年代至今）本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.3無人機概述1.3.1無人機的誕生及發(fā)展歷程2.

無人機的發(fā)展歷程這個階段無人機的發(fā)展有以下的四個特點：第一個特點是無人機在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的廣泛應用，這是無人機發(fā)展的一個飛躍。無人機在戰(zhàn)場上的功能從輔助、支援作戰(zhàn)轉為了主動作戰(zhàn)。第二個特點是小型無人機嶄露頭角。第三個特點是無人機的發(fā)展系列化。出現(xiàn)了三大發(fā)展熱點，一個是長航時無人機、無人戰(zhàn)斗機和微型無人機。第四個特點是各個國家相繼成立了無人機專業(yè)化部隊。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.3無人機概述1.3.1無人機的誕生及發(fā)展歷程3.

無人機的發(fā)展趨勢在軍事需求的牽引與相關技術發(fā)展的推動下，無人機正在進人高速發(fā)展時期。其發(fā)展具有以下趨勢：（1）無人機將向智能化方向加速發(fā)展。（2）無人機的使命與作戰(zhàn)任務將進一步拓展。（3）無人機的外形將向多樣化發(fā)展。（4）無人機的制導與控制系統(tǒng)向自主化發(fā)展，測控、傳輸系統(tǒng)向安全保密、遠距離、數(shù)字化、通用化和網(wǎng)絡化方向發(fā)展。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.3無人機概述1.3.1無人機的誕生及發(fā)展歷程3.

無人機的發(fā)展趨勢（5）無人機的任務載荷向綜合化、小型化、實時化、遠距離、全天侯、高分辨率的方向發(fā)展。（6）民用無人機的應用也開始大規(guī)模的發(fā)展。無人機已不僅僅限于軍事應用，在民用領域也得到了廣泛的應用和發(fā)展，這也成為各國無人機發(fā)展的一個新的方向。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.3無人機概述1.3.2無人機的特點與系統(tǒng)組成1.

無人機的特點無人機是與有人駕駛飛機相對而言的，基本特點就是飛機上沒有駕駛員。因此與有人飛機相比，無人機發(fā)生了一系列的變化，具體有如下特點：（1）無座艙系統(tǒng)。（2）無人機的設計與機體強度不受人體生理承受極限的限制。（3）無人機需要配套的地面控制系統(tǒng)。（4）無人機的成本和耗費低，具有較高的效費比。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.3無人機概述1.3.2無人機的特點與系統(tǒng)組成2.

無人機的主要用途按照無人機的應用領域可分為軍用和民用兩大類。軍用：（1）用于軍事訓練和新武器鑒定（2）用于作戰(zhàn)支援（3）用于直接作戰(zhàn)行動本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.3無人機概述1.3.2無人機的特點與系統(tǒng)組成2.

無人機的主要用途民用：無人機在邊境巡邏、核輻射探測、航空攝影、航空探礦、災情監(jiān)視、交通巡邏、治安監(jiān)控、物資運輸、農(nóng)業(yè)植保等方面的應用前景廣闊。民用領域越來越廣泛本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.3無人機概述1.3.2無人機的特點與系統(tǒng)組成3.

無人機的構型無人機的構型有很多特點，形式多種多樣，比有人駕駛飛機要豐富得多：概括起來有：固定翼式、旋翼式、導彈式和其它構型。（1）固定翼式無人機是在有人駕駛飛機基礎上研制的一種飛行器，在無人機誕生后相當長時間內，無人機的構型基本上是對固定翼飛機的模仿和改裝，主要的方法又分為三種。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.3無人機概述1.3.2無人機的特點與系統(tǒng)組成3無人機的構型一是常規(guī)固定翼飛機式。它是由機身、固定機翼、尾翼等構成的無人駕駛飛機。二是縮比飛機式。就是按照某種真實飛機的構形嚴格按照比例縮小制造的無人機。三是飛翼式。它是無人機模仿有人駕駛飛機的一種構形，與美國的B-2隱身轟炸機的外形非常相似。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.3無人機概述1.3.2無人機的特點與系統(tǒng)組成3.

無人機的構型本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.3無人機概述1.3.2無人機的特點與系統(tǒng)組成3.

無人機的構型（2）旋翼式無人機是在直升機的基礎上發(fā)展而來的。該構型無人機現(xiàn)在在民用領域得到了長足的發(fā)展和應用，已發(fā)展多種構型，主要分為單旋翼和多旋翼。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.3無人機概述1.3.2無人機的特點與系統(tǒng)組成3.

無人機的構型（3）導彈式無人機的一種常見構形，其外形與導彈相似，基本特點是長長的機身和小小的尾翼。基本用途是模擬導彈，為部隊訓練與新武器鑒定提供目標靶。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.3無人機概述1.3.2無人機的特點與系統(tǒng)組成3.

無人機的構型（4）其它構型

這類構型主要是指前三種構型不能包括的。主要有三種。一是航空模型式。二是太陽能動力式。三是微小型無人機。這類構型較為復雜，目前采用的有撲動翼式、飛碟式和旋翼/固定翼式。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.3無人機概述1.3.2無人機的特點與系統(tǒng)組成3.

無人機的構型本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.3無人機概述1.3.2無人機的特點與系統(tǒng)組成4.

無人機的基本結構無人機本身的構成可以分為以下幾個部分：機體、動力裝置、有效載荷和制導與控制裝置。根據(jù)無人機的特點無人機系統(tǒng)由空中部分（無人機平臺）和地面部分（地面站或控制中心）組成。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.3無人機概述1.3.2無人機的特點與系統(tǒng)組成4.

無人機的基本結構絕大部分的無人機有動力裝置，也有極少數(shù)的無人機沒有。這種無動力裝置的無人機都是采用空中發(fā)射的方式，然后依靠其優(yōu)良的滑行性能飛行。當前，無動力的無人機主要是部分誘餌機，航程通常為數(shù)千千米。有動力裝置的無人機一般采用活塞式、渦輪噴氣和渦輪軸發(fā)動機中的一種以及電動機類。。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.3無人機概述1.3.2無人機的特點與系統(tǒng)組成4.

無人機的基本結構無人機有效載荷是無人機成敗的關鍵。根據(jù)無人機的任務性質、承擔的是單項任務和多項任務的不同，其有效載荷差別很大。通常，無人機的有效載荷占飛行器質量的四分之一，占無人機單機生產(chǎn)費用的40%。小型單用途無人機的任務載荷不到10kg，中型多用途無人機任務載荷在15kg~50kg之間，而中型無人機可達300kg~700kg。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.3無人機概述1.3.2無人機的特點與系統(tǒng)組成4.

無人機的基本結構制導與控制裝置是控制飛機飛行狀態(tài)與動作的有關設備，分為兩個部分：一部分為可以設置在地面、艦船等平臺上的地面控制站，由控制員使用，向無人機發(fā)出控制指令。另一部分在無人機上，主要職能是自主或者按照地面控制站的指令控制飛機飛行。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.3無人機概述1.3.2無人機的特點與系統(tǒng)組成5.

無人機系統(tǒng)的組成無人機是一個系統(tǒng)，飛行器本身是系統(tǒng)的重要組成部分，但并不是系統(tǒng)的全部。無人機系統(tǒng)是飛行器與地面發(fā)射――回收、信號接收控制設備及人員的綜合體。典型的無人機系統(tǒng)有一個地面控制站，兩個遙控接收站，一個發(fā)射架系統(tǒng)—回收系統(tǒng)。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.3無人機概述1.3.2無人機的特點與系統(tǒng)組成5.

無人機系統(tǒng)的組成無人機應急航拍系統(tǒng)組成框圖本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.3無人機概述1.3.2無人機的特點與系統(tǒng)組成5.

無人機系統(tǒng)的組成無人機的起飛方式包括：從機場、簡易跑道、卡車、艦船甲板上起飛，從軌道發(fā)射架上彈射起飛，使用有人飛機運載到空中發(fā)射或投放起飛。有些既小又輕的無人機還可象航模一樣用手拋起飛?；厥辗绞桨ǎ翰捎贸Ｒ?guī)的機輪降落，機腹著陸，纜繩捕捉或者直接飛人網(wǎng)內，大型無人機可用降落傘降落在地面或水上，然后用直升機回收。有些無人機從設計上就是一次性的，這樣的無人機不用回收。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.3無人機概述1.3.2無人機的特點與系統(tǒng)組成6.

無人機的分類無人機的分類方式有多種，按大小、質量、活動半徑、航時和用途等分類。按大小可分為小型、中型和大型無人機；按質量可分為輕型、中型和重型無人機；按活動半徑可分為近程、短程、中程和遠程高程無人機；按用途可分為軍用和民用無人機。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.3無人機概述1.3.2無人機的特點與系統(tǒng)組成6.

無人機的分類軍用無人機又分為無人偵察機、無人靶機、無人電子戰(zhàn)飛機、無人攻擊機、無人通信機、無人預警機等。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.3無人機概述1.3.3我國無人機的發(fā)展現(xiàn)狀我國無人機的研究始于50年代后期，1959年已基本摸索出安-2和伊爾-28兩種飛機的自動起降規(guī)律。60年代中后期投人無人機研制，形成了長空-1靶機、無偵-5高空照相偵察機和D4小型遙控飛機等系列，并以高等學校為依托建立了無人機設計研究機構，具有自行設計與小批生產(chǎn)能力。我國生產(chǎn)的各種型別的無人機，基本上滿足了國內軍需民用，并且逐步走向國際市場。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.3無人機概述1.3.3我國無人機的發(fā)展現(xiàn)狀隨著無人機的應用越來越受到各國的重視，我國在無人機的研制和應用方面也加大了人力和物力的投入，而且在無人機的研制和應用的各個領域都取得了驕人的研究成果，達到了世界領先水平。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.3無人機概述1.3.3我國無人機的發(fā)展現(xiàn)狀本課件是可編輯的正常PPT課件第一章無人機飛行控制概述1.3無人機概述1.3.3我國無人機的發(fā)展現(xiàn)狀本課件是可編輯的正常PPT課件無人機飛行控制技術

本課件是可編輯的正常PPT課件課題2飛機的基本知識

飛行控制系統(tǒng)的核心問題是研究由控制系統(tǒng)和飛行器所組成的閉合回路。

飛行動力學是研究飛行器運動規(guī)律的學科。屬于應用力學的范疇。我們本課程主要涉及的是在空氣中運動的飛機的運動，需要了解氣體的運動特性和作用在飛機上的氣動力和氣動力矩這又涉及到另外一個學科-----空氣動力學----研究空氣與運動物體之間的相互作用。本章內容：前部分：空氣動力學的基本知識；

后半部分：飛行動力學；主要飛機的穩(wěn)定與操縱。重點明確作用于飛機上的氣動力和氣動力矩。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.1氣體運動的一般知識一、若干定義（一）介質的連續(xù)性

在研究飛行器運動以及飛行器與空氣的相互作用時，通常不考慮空氣介質分子間的自由行程，認為空氣是在空間連續(xù)分布的密集介質。不論是空氣靜止、物體運動，還是物體靜止、空氣運動，只要飛行器相對于氣流的速度向量相同，作用在物體上的空氣動力就完全相同這就是運動的相對性。（二）運動的相對性本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.1氣體運動的一般知識（三）定常流動與非定常流動

如果氣流中每一點的密度、壓力以及速度向量均不隨時間而變化（但在各點上的數(shù)值可以不同〉，則稱為定常流動。反之，若這些量隨時間而變化，則稱為非定常流動。（四）流管氣流中一個微團流動的軌跡稱為流線。兩條流輯之問形成單位厚度流管。許多流線在空間包圍成流管。因為空氣微團的形狀和密度在流動中會發(fā)生變化，所劇，流管的橫截麗沿長度方向可以處處不同。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.1氣體運動的一般知識本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.1氣體運動的一般知識本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.1氣體運動的一般知識二、連續(xù)方程（質量守恒）——————連續(xù)方程本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.1氣體運動的一般知識二、連續(xù)方程橫截面大則流速??；橫截面小則流速大。河水在河道窄的地方流得快，河道寬的地方流得慢。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.1氣體運動的一般知識二、連續(xù)方程山谷里的風通常比平原大高樓大廈之間的對流通常比空曠地帶大本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.1氣體運動的一般知識三、伯努利方程（能量守恒方程）

空氣能量主要有四種：動能、壓力能、熱能、重力勢能。低速流動，熱能可忽略不計；空氣密度小，重力勢能可忽略不計。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.1氣體運動的一般知識三、伯努利方程（能量守恒方程）因此，沿流管任意截面能量守恒，即為：動能+壓力能=常值。公式表述為：第一項稱為動壓(q)，第二項稱為靜壓，第三項稱為總壓。低速不可壓流中壓力與速度之間關系的伯努利方程本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.1氣體運動的一般知識三、伯努利方程（能量守恒方程）同一流線：總壓保持不變。動壓越大，靜壓越小。流速為零的靜壓即為總壓。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.1氣體運動的一般知識三、伯努利方程（能量守恒方程）應用：本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.1氣體運動的一般知識三、伯努利方程（能量守恒方程）應用：本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.1氣體運動的一般知識三、伯努利方程（能量守恒方程）應用：升降速度表速度表本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.1氣體運動的一般知識四、馬赫數(shù)(M,Ma,MachNumber)氣流速度與當?shù)匾羲僦?。飛機〈擾動源）使空氣受攏。該擾動以音速向四面八方傳播。當飛機速度小于擾動傳播速度（音速）時，前方空氣分子可繞流而去，空氣密度不發(fā)生大的變化。當飛機速度接近音速時，擾動源和擾動幾乎同時前進，前方氣體分子來不及繞流而被堆積，使空氣密度增大?？梢娍諝鈮嚎s性與空速、音速也即與M數(shù)有關。馬赫數(shù)表征空氣可壓縮性影響的大小本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.1氣體運動的一般知識五、弱擾動的傳播微弱擾動通過空氣以音速傳播。音速可用溫度按下式計算：本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.1氣體運動的一般知識五、弱擾動的傳播在亞音速流中弱擾動可向四面八方傳播，而在超音速流中，弱擾動不能逆流向前傳播，只能在擾動錐內傳播。這就是亞音速流動與超音速流動的本質區(qū)別。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.1氣體運動的一般知識五、若擾動的傳播流管形狀低速氣流(不可壓縮)亞音速氣流(M＜1)超音速氣流(M＞1)收縮流管流速增大壓力減小密度不變溫度不變流速增大壓力減小密度減小溫度降低流速減小(壓縮波)

壓力增大密度增大溫度升高擴張流管流速減小壓力增大密度不變溫度不變流速減小壓力增大密度增大溫度升高流速增大(膨脹波)

壓力減小密度減小溫度降低低速流動和高速流動的區(qū)別本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.1氣體運動的一般知識五、若擾動的傳播本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.1氣體運動的一般知識六、激波當亞音速氣流流經(jīng)物體時，物體附近空氣的壓力與密度將發(fā)生變化。這種變化傳向四面八方，包括逆流方向?？諝獾膲毫εc密度在逆流方向隨著到物體距離的改變麗逐漸變化。這樣，流管在到達物體之前的某距離處就開始平滑地彎曲曲，自動地適應物體的形狀。當氣流以越音速流經(jīng)物體時，其流動狀況就完全不同了。如前所述，超音速流場中的擾動不能逆向傳播。當氣流以超音速流向鈍頭物體時其擾動只限于馬赫錐以內，不能向擾動源（鈍頭體）逆向傳播。因而氣流在撞擊到鈍頭物體表田之前不可能預感該物體的存在，自然不能繞流而去。于是超音速的氣體分子沖到鈍頭物體上，造成氣體分子的堆積現(xiàn)象，即造成空氣突變式的壓縮。在鈍頭物體上，氣體分于堆積到一定程度就不能再向前發(fā)展了。這是因為堆積現(xiàn)象一旦發(fā)生，氣流即行減速，或變?yōu)榱悖ㄔ隈v點〉就變?yōu)閬喴羲?。于是擾動逆向傳播。氣流能繞過鈍頭物體而流去，不再繼續(xù)堆積。在鈍頭物體中央附近，氣體一邊堆積變?yōu)閬喴羲倭?，一邊繞流而去，遂即達到平衡狀態(tài)（單位時間內堆積的空氣質量和流出的空氣質量相等）。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.1氣體運動的一般知識六、激波堆積氣流與未擾動氣流的分界線稱為激波。在這里因激披是離開物體的稱它為脫體波。氣流鏡過鈍頭物體后，又加速到音速，進而達到超音速。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.1氣體運動的一般知識六、激波本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱在一般情況下，由于飛機均在大氣層內飛行，其飛行高度有限，為了簡化所研究問題的復雜性，有必要進行下列合理假設：①忽略地球曲率，即采用所謂的“平板地球假設”；②認為地面坐標系為慣性坐標系。飛機的空間運動可以分為兩部分：質心運動和繞質心的轉動。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱作用在飛機上的重力、推力和氣動力及其相應的力矩產(chǎn)生原因各不相同，選擇合適的坐標系來方便的描述飛機的空間運動狀態(tài)是非常重要的。1.常用坐標系（3種）2.飛機的運動參數(shù)定義3.常用坐標系之間的變換（了解內容）4.常規(guī)飛機的操縱機構和操縱舵面極性本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱為了確切地描述飛行器的運動狀態(tài)必須選定適當?shù)淖鴺讼?。比如，要想確定飛行器在地球上的位置就必須采用地面坐標系，要想較簡單地描述飛行器的轉動與移動，必須采用機體坐標系或氣流坐標系（速度坐標系〉。當然，還有其他的坐標系。常用的坐標系有三種：地面坐標系機體坐標系速度坐標系本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱一、常用坐標系（一）地面坐標系（地軸系）定義：地面上的任意點；地面上任意方向；垂直地面上；垂直于平面，符合右手定則本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱一、常用坐標系（二）機體坐標系定義：位于飛機的重心；處于飛機的對稱面內，與飛機軸線一直，指向前向。垂直于平面，指向右方，符合右手定則處于飛機的對稱面內，垂直于，指向上方機體坐標系與飛機固連本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱橫軸縱軸立軸俯仰滾轉偏轉（二）機體坐標系一、常用坐標系本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱一、常用坐標系（三）速度坐標系（氣流坐標系）定義：位于飛機的重心；與飛機中心軌跡的切線一致，，其正方向為重心運動瞬間速度v的方向。處于飛機的對稱面內，垂直于，指向上方平面，垂直于指向右方，符合右手定則本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱二、飛機空間運動的自由度飛機在空中的運動是錯綜復雜的，但仔細研究會發(fā)現(xiàn)，飛機的運動包含六個自由度，分別是空間位置變化的三個自由度，即：進退、升降和側移運動；飛機姿態(tài)變化的三個自由度，即：俯仰、滾轉、偏航運動。即三個線運動自由度和三個角運動自由度。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱二、飛機空間運動的自由度在實際情況下，一般把飛機的運動分成兩種運動，即縱向運動和橫側向運動?？v向運動是指飛機對稱面內的運動。

縱向運動包括飛機的進退、升降和俯仰。橫向運動是指飛機非對稱面內的運動。

橫向運動包括飛機的側移、橫滾和偏航。飛機空間運動共有六個自由度自由度本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱三、飛機的基本指標飛機的基本指標包括兩部分，即機體指標和技術指標。1.飛機的機體指標飛機機體指標是指對飛機外觀的描述，主要的機體指標為飛機的高度、機長以及翼展，這三個指標基本上表示了飛機的基本外部特征。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱三、飛機的基本指標（1）飛機的高度飛機的高度是指飛機機輪底部到飛機最高點之間的距離。（2）機長機長是指飛機最前端與其最后端之間的距離，分兩種：包含空速管的長度和不包括空速管的長度。（3）翼展飛機的翼展是指飛機兩翼尖之間的最大距離。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱三、飛機的基本指標2.飛機的性能指標一般說來，飛機的性能指標分兩類，即設計指標和實際指標。設計指標是指在設計的初期由需求方提出的。實際指標是指系統(tǒng)實際完成并交付使用所具備的性能指標。由于飛機的用途十分廣泛，對不同用途的機，其性能指標的側重點是不同的，比如殲擊機和運輸機的性能指標就有很大的區(qū)別。但不論飛機的用途如何，以下幾種指標是共同的。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱三、飛機的基本指標（1）飛行速度飛行速度是指單位時間內飛機飛過的距離，分為地速和空速兩種。地速是指飛機相對地面的飛行速度。空速是指飛機相對其周圍氣流的速度。通常情況下，飛機的速度指標還包括最大速度、最小速度和巡航速度。最大速度是飛機所能達到的最大飛行速度。最小速度是飛機能夠保持在空中飛行的最小速度。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱三、飛機的基本指標飛機在空中飛行，不可能一直以其最高速度飛行，而一般是以一種特定的速度飛行，其飛行的距離與其耗費之比是最經(jīng)濟的，這種速度稱為巡航速度。（2）飛行高度飛行高度是指飛機與基準面之間的距離。選取不同的基準面來定義不同的飛行高度，常用的飛行高度包括：相對高度、真實高度、絕對高度、標準氣壓高度以及無線電高度。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱三、飛機的基本指標相對高度是指飛機從空中到某一既定的機場地面的垂直距離。一般采用飛機起飛和著陸的機場為基準定義的高度。真實高度是指飛機與它當時的地面目標頂端的垂直距離。由于地面是高低不平的，所以真實高度是隨時變化的。絕對高度是指飛機從空中到海平面的垂直距離。標準氣壓高度是指飛機從空中到標準氣壓平面的垂直距離。無線電高度是指利用無線電測得的飛機與其正下方最高點之間的距離，基本上與絕對高度相等。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱三、飛機的基本指標標準氣壓高度=相對高度+機場標準氣壓高度絕對高度=相對高度+機場標高絕對高度=真實高度+地點標高本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱三、飛機的基本指標（3）航程飛機的航程是指飛機從起飛到著陸，一次不間斷飛行(空中不加油)所能飛行的最遠距離，有時也用續(xù)航時間來表示這一指標。而對殲擊機而言，一般用作戰(zhàn)半徑來衡量飛機的航程。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱四、飛機的運動參數(shù)（一）飛機的姿態(tài)角飛機的姿態(tài)角有三個，表示機體軸系與地軸系之間的關系1.俯仰角PitchAngle飛機機體軸與地平面之間的夾角，以飛機抬頭時為正。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱四、飛機的運動參數(shù)（一）飛機的姿態(tài)角2.偏航角YawAngle飛機機體軸在地面上的投影與之間的夾角，以飛機機頭左偏時為正。3.滾轉角Roll(Bank)Angle飛機機體軸與面之間的夾角，以飛機右傾時為正。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱四、飛機的運動參數(shù)（二）飛機的航跡角三個角度表示速度向量與地軸系之間的關系1.航跡傾斜角。OXq

軸與地平面的夾角，飛機上升為正，下降為負。2.航跡偏轉角，OXq

軸在地平面內的投影AXqd與OdXd的夾角，以左偏為正。3.航跡滾轉角，OYq軸與Xq-A-Xqd平面之間的夾角，以OYq在該平面之右為正。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱四、飛機的運動參數(shù)（三）飛機的氣流角1.迎角（攻角）速度向量V在飛機對稱平面內的投影，與OXt軸之間的夾角，以V的投影在OXt軸之下為正。2.側滑角速度向量V與飛機對稱平面之間的夾角，以V處于對稱平面之右時為正。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱五、飛機的飛行飛機之所以能在空中飛行以及完成各種復雜的運動，是由于氣動力及氣動力矩的作用。飛機所受的氣動力包括升力、阻力和側力，另外還有發(fā)動機的推力。氣動力矩包括俯仰力矩、滾轉力矩和偏航力矩。1.飛機的氣動力作用在飛機上的氣動力是飛機完成各種線運動的基礎。作用在飛機上的氣動力包括升力、阻力和側力。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱五、飛機的飛行（1）飛機的升力在前面我們已經(jīng)介紹過伯努利方程。了解到流體在流動中，流速大的地方壓力小，流速小的地方壓力大。飛機升力的產(chǎn)生就是基于這一原理。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱五、飛機的飛行當氣流流過機翼表面時，氣流在機翼上下表面的流管要發(fā)生變化，上表面流管變細，下表面流管不變或變粗，根據(jù)伯努利方程可知，機翼上下表面之問存在壓力差，于是產(chǎn)生了升力。飛機上產(chǎn)生升力的部位有機翼、機身以及平尾，但主要的是機翼。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱五、飛機的飛行（2）飛機的阻力阻力是指作用在飛機上的氣動力合力在氣流方向上的投影。阻力可分為兩部分：一部分與升力無關，稱為零升阻力;另一部分是由升力誘導產(chǎn)生的阻力，稱為升致阻力。零升阻力：零升阻力包括摩擦阻力、壓差阻力和零升波阻，這些阻力形成的根本原因在于氣流與飛機之間存在相對運動。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱五、飛機的飛行升致阻力：由于飛機飛行不是絕對的水平飛行，這樣產(chǎn)生的升力也就不可能始終保持與氣流方向垂直，這樣就會有兩個分量產(chǎn)生，一個是垂直于氣流的運動方向，一個是平行氣流方向，后者一般與氣流方向相同，因而形成阻力，由于該阻力是由升力的分量形成的，所以稱為升致阻力。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱五、飛機的飛行另外，作用在飛機上的阻力還有操縱面偏轉引起的阻力，它們的作用主要是為了產(chǎn)生操縱力矩。但是，該類阻力是必須存在的，就是利用它的存在，才能完成對飛機運動的操縱。（3）飛機側力飛機的側力是指與機體橫軸同向的氣動力，主要是在飛機的運動與氣流方向不一致、飛機帶有一定的傾斜角以及飛機的方向舵和副翼偏轉產(chǎn)生的。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱五、飛機的飛行2.飛機的氣動力矩作用在飛機上的氣動力矩，可以使飛機完成各種角運動。作用在飛機上的氣動力矩包括俯仰力矩、橫側向力矩（滾轉力矩和偏航力矩）。（1）縱向氣動力矩根據(jù)縱向運動的定義，縱向氣動力矩指的是飛機的俯仰力矩。飛機在俯仰力矩作用下發(fā)生的繞機體橫軸的運動為俯仰運動。飛機在縱向運動中所受到的作用力包括重力、發(fā)動機推力、升力和阻力。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱五、飛機的飛行由于重力作用在飛機的重心，因而不產(chǎn)生俯仰力矩。發(fā)動機的推力是否產(chǎn)生俯仰力矩決定于發(fā)動機的安裝位置，如果發(fā)動機的安裝軸線與飛機的軸線重合，則不產(chǎn)生俯仰力矩，否則就會產(chǎn)生俯仰力矩。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱五、飛機的飛行在飛機上產(chǎn)生俯仰力矩的主要是飛機的升力、升降舵的偏轉和飛機的俯仰運動。①升力產(chǎn)生的俯仰力矩由于飛機的升力合力的作用點一般不在飛機的重心處，因而就會產(chǎn)生相應的俯仰力矩，這也就是為什么飛機在平飛時飛機本身不水平的原因。一般情況下，飛機平飛時升降舵面要偏轉一定的角度，使飛機帶有一定的俯仰角，就是為了克服由升力而產(chǎn)生的俯仰力矩。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱五、飛機的飛行②升降舵偏轉形成的俯仰力矩升降舵偏轉，作用在它上面的氣動力就會發(fā)生變化，主要是它產(chǎn)生的升力(大小、方向)發(fā)生變化，再就是作用在它上面的阻力也會發(fā)生變化。由于它距離飛機的重心位置較遠，同樣的作用力就會產(chǎn)生很大的俯仰力矩。該力矩主要作用就是控制飛機的俯仰運動。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱五、飛機的飛行③飛機俯仰產(chǎn)生的俯仰力矩當飛機做俯仰運動時，就會改變作用在飛機上的縱向氣動力，從而導致氣動力矩的變化。特別需要說明的是，當飛機有俯仰運動時，會改變飛機的阻力，而阻力會產(chǎn)生阻擋飛機俯仰運動的力矩。該力矩被稱為縱向阻尼力矩，阻尼力矩是飛機是否具有縱向穩(wěn)定性的關鍵。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱五、飛機的飛行（2）橫側向氣動力矩橫側向氣動力矩是指飛機的滾轉力矩和偏航力矩，飛機在這兩個力矩的作用下發(fā)生繞機體縱軸和機體立軸的角運動。除了重力造成的側力外，其它側力均不通過重心，因而將產(chǎn)生橫側向氣動力矩。產(chǎn)生橫側向氣動力矩的重要因素有：方向舵和副翼的偏轉、飛機的橫滾和偏航運動。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱五、飛機的飛行①滾轉力矩的產(chǎn)生飛機滾轉力矩的產(chǎn)生主要是由飛機的副翼偏轉和飛機的滾轉運動產(chǎn)生的。當飛機的副翼偏轉時，由于副翼是差動偏轉，造成飛機左右機翼升力不均而產(chǎn)生滾轉力矩。而當飛機有滾轉運動時，必然會產(chǎn)生相應的側向阻力，進而產(chǎn)生滾轉力矩，與飛機的俯仰運動產(chǎn)生的力矩一樣，該力矩也是阻尼力矩，保證飛機的滾轉穩(wěn)定性。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱五、飛機的飛行②偏航力矩的產(chǎn)生飛機的偏航力矩主要由飛機的方向舵偏轉、飛機的偏航運動產(chǎn)生：該力矩的產(chǎn)生與升降舵偏轉和俯仰運動產(chǎn)生俯仰力矩的原理是相同的。本課件是可編輯的正常PPT課件滾轉運動和偏航運動二者不像俯仰運動那樣具有獨立性，而是相互關聯(lián)的。在分析時，一般不得獨立分析，而是同時分析，所以飛機的橫側向運動要比縱向運動復雜得多。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱六、飛機的操縱本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱六、飛機的操縱常規(guī)飛機的操縱機構主要有三個：

駕駛桿、腳蹬、油門桿，常規(guī)氣動舵面有三個：升降舵、副翼、方向舵。升降舵，位于水平安定面后緣，操縱桿操縱。方向舵，位于垂直安定面后緣，腳蹬操縱。副翼，位于主機翼翼后緣外側，駕駛桿操縱。油門桿，發(fā)動機油量控制，位于駕駛艙。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱六、飛機的操縱近代飛機采用“主動控制”新技術（在后面會詳細講），除原有舵面外，增加一些新的操縱面。飛行器的運動具有六個自由度，是很復雜的，只有使操縱機構正確動作，才能完成預定的飛行任務因此基本操縱機構的偏轉極性及其所產(chǎn)生的力距的極性，對自動控制飛行器的分析是很重要的，必須掌握。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱六、飛機的操縱升降舵偏角用表示，向下偏轉為。團中標明了操縱機構的正偏轉方向以及力矩和角速度的正方向。方向舵偏角用表示，向右偏轉為正副翼偏角用表示，右翼向下，左翼向上為正。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱六、飛機的操縱油門桿前推時油門加大，取為正，反之為負。

操縱面的正偏角產(chǎn)生負控制力矩（油門操縱例外）注意：不同的參考文獻中所采用的坐標系正方向與我國不盡相同，舵面偏轉的極性規(guī)定得也不同，參閱時要特別注意。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱六、飛機的操縱飛行器在大氣中飛行時，其表面分布著空氣功力。這些力可歸化為一個作用于飛行器重心的合力R（總空氣動力）和一個繞重心的合力矩M（總空氣功力短）。在空氣動力學中，我們采用總空氣功力R和總空氣動力距M在某個坐標系上的投影（分量）來研究問題，而不是它們本身。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱六、飛機的操縱R沿速度坐標系的分量Xq、Yq、Zq，分別稱為阻力、升力和側力。規(guī)定Xq（阻力）

沿OXq

軸的負向為正，Y（升力）的正方向與OYq軸一致。Zq（側力）的正方向與OZq軸一致。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱六、飛機的操縱M

沿機體坐標系的分量Mx、My、Mz，分別稱為滾轉力矩、偏航力矩和俯仰力矩。他們的正方向與機體軸正方向一致。注意，在實際分析中，往往不利用力和力矩本身去分析飛機的受力，而是采用無量綱的氣動力系數(shù)和力矩系數(shù)去分析問題，這會使分析過程進一步簡化。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱7、飛機的穩(wěn)定性和操縱性1.飛機的穩(wěn)定性在飛行中，飛機受到擾動而偏離原來的平衡狀態(tài)，當擾動消失后不經(jīng)飛行員操縱舵面，而自動恢復平衡狀態(tài)的特性叫飛機的穩(wěn)定性。飛機的穩(wěn)定性分為靜穩(wěn)定性和動穩(wěn)定性。當飛機偏離原來的平衡狀態(tài)，出現(xiàn)穩(wěn)定力矩，使飛機具有自動恢復原來平衡狀態(tài)的趨勢，叫做靜穩(wěn)定性，又稱為靜安定性。飛機在恢復平衡時將出現(xiàn)繞平衡位置的擺動，擺動之所以能逐漸減弱最后消失，是由于擺動過程中出現(xiàn)了阻轉力矩，也叫阻尼力矩，飛機的這種特性叫動穩(wěn)定性，又稱為動安定性，。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱7、飛機的穩(wěn)定性和操縱性（1）垂直尾翼的方向穩(wěn)定作用水平直線飛行的飛機受到擾動后，縱軸與前方氣流產(chǎn)生一定夾角，例如機頭向右偏斜，氣流從左前方吹向垂直尾翼，在垂直穩(wěn)定面上就會產(chǎn)生向右的空氣作用力，這個力對飛機重心形成一個恢復機頭原來方向的穩(wěn)定力矩，可見，垂直尾翼具有使飛機恢復其原方向的穩(wěn)定作用。高速戰(zhàn)斗機機身后段下部，一般還設置垂直穩(wěn)定片，增強飛機的穩(wěn)定性。

本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱7、飛機的穩(wěn)定性和操縱性（2）俯仰穩(wěn)定力矩的產(chǎn)生作水平直線飛行的飛機受擾動后，機頭上仰，但此時飛機仍向前飛行，即氣流方向沒有變化，飛機的迎角增加，機翼和水平尾翼上產(chǎn)生附加升力(即因迎角增加而產(chǎn)生的升力增量△Y)，該升力增量的作用點(該點稱為飛機的焦點)在飛機重心之后，產(chǎn)生使飛機機頭下俯的穩(wěn)定力矩。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱7、飛機的穩(wěn)定性和操縱性（3）機翼后掠角的橫側穩(wěn)定作用飛機的橫軸與機翼前緣之間的夾角，叫機翼后掠角。為增加橫側穩(wěn)定性，機翼一般有后掠角，后掠翼和三角形機翼后掠角較大。機翼后掠角能增強飛機橫側穩(wěn)定作用。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱7、飛機的穩(wěn)定性和操縱性2.飛機的操縱性飛行員用駕駛桿(駕駛桿控制水平尾翼和副翼)和腳蹬(腳蹬控制方向舵)改變舵面角度，控制飛行狀態(tài)的能力叫操縱性。（1）縱向操縱性(俯仰操縱)俯仰操縱一般是飛行員用推、拉駕駛桿轉動升降舵實現(xiàn)的。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章飛機的基本知識§2.2飛機的空間運動及操縱7、飛機的穩(wěn)定性和操縱性（2）橫向操縱性飛行員通過左右壓駕駛桿使機翼外段上的副翼偏轉，從而產(chǎn)生橫側滾轉的操縱力矩。飛行員向左壓駕駛桿，左副翼上偏，右副翼下偏，產(chǎn)生左橫滾力矩。（3）方向操縱性飛行員通過蹬腳蹬轉動方向舵偏轉，而改變飛機航行方向。本課件是可編輯的正常PPT課件無人機飛行控制技術

本課件是可編輯的正常PPT課件第三章測量與傳感器

無人機的飛行，本質上就是全程的自動飛行；要想實現(xiàn)飛行自動控制，首要問題是如何精確測量飛行器的各種飛行參數(shù)，例如姿態(tài)角、角速度、過載、飛行高度、速度和位置等，然后飛行控制系統(tǒng)根據(jù)這些測得的飛行參數(shù)對飛機進行精確控制。測量這些參數(shù)的傳感器有陀螺儀、加速度計、馬赫數(shù)傳感器、高度傳感器和定位系統(tǒng)等。本課件是可編輯的正常PPT課件第三章測量與傳感器飛機運動參數(shù)：速度、位置飛機姿態(tài)參數(shù)：俯仰角、偏航角、傾斜角飛控系統(tǒng)是用于改善飛機的性能和操縱品質。飛機速度：線運動、角運動線運動：速度、線加速度角運動：角速度、角加速度飛機速度姿態(tài)參數(shù)：迎角、側滑角本課件是可編輯的正常PPT課件第三章測量與傳感器3.1空氣動力學參量的測量一、常用的空氣動力學參量速度、高度、馬赫數(shù)、迎角、側滑角二、空氣動力學參量的測量

大氣參數(shù)測量傳感器是一種通過測量飛行器與大氣之間的作用力及飛行器所在位置的大氣參數(shù)，經(jīng)過飛行器的全、靜壓系統(tǒng)轉換成相應的電信號的裝置。1.