现代无人飞行器技术

现代无人飞行器技术,一、现代无人飞行器技术概述,无人机的特点,无人机的优势成本低廉研制制造成本人员培训成本作战使用成本符合现代战争非接触、零伤亡和精确打击的需求比有人飞机更出色的飞行性能和隐身性能无人机的缺点依赖无线数据链容易被干扰、欺骗可能被俘获复杂战场条件下，自主飞行人工智能水平有待提高容易被欺骗,现代无人机的任务类型,靶机侦查、测绘、跟踪察打一体UCAV反辐射无人机,现代无人机的任务类型,UCAV未来战场的主宰不再有人体生理极限，具备很高的机动能力高度智能化没有座舱及环控系统重量轻阻力小隐身性能得以改善无法完全替代有人作战飞机,现代无人机的级别,高空长航时无人机任务半径=6000KM航时24h巡航高度：=18KM起飞重量1T,现代无人机的级别,中空长航时无人机航程=1000KM航时=24h巡航高度：=200KM航时=4h巡航高度：5000m起飞重量：0.5T,现代无人机的级别,小型无人机航程=2h巡航高度：5KM起飞重量：10kg,现代无人机的级别,微型无人机航程=10KM航时=1h巡航高度：1KM起飞重量：1kg尺寸1m,现代无人机的种类,固定翼飞机正常式布局,现代无人机的种类,固定翼飞机鸭式布局,现代无人机的种类,固定翼飞机飞翼布局,现代无人机的种类,旋翼机直升机,现代无人机的种类,旋翼机坐地起降（Tailsitter）飞机,现代无人机的种类,旋翼机倾转旋翼飞机,现代无人机的种类,旋翼机旋转机翼直升机,现代无人机的种类,旋翼机四旋翼/多旋翼飞机,现代无人机的种类,旋翼机涵道风扇,现代无人机的种类,旋翼机滚翼机,现代无人机的起降方式,滑跑起飞/降落,现代无人机的起降方式,弹射起飞,现代无人机的起降方式,火箭助推起飞,现代无人机的起降方式,伞降,现代无人机的起降方式,绳钩回收降落,现代无人机的起降方式,撞网回收降落,现代无人机的起降方式,手抛起飞,现代无人机的起降方式,深失速降落,现代无人机的起降方式,垂直起降,现代无人机的动力与电子系统构成,遥控遥测系统地面站、无线数据链飞控系统控制增稳导航GPS惯导光学/图像（可见光、红外、微光）激光/超声波,现代无人机的动力与电子系统构成,动力系统喷气式涡扇发动机涡轮螺旋桨/涡轮轴发动机活塞发动机（四冲程/两冲程/转子）电动机（无刷电机）,现代无人机的动力与电子系统构成,动力能源航空煤油汽油甲醇电池镍氢、镍镉电池锂离子电池锂聚合物电池燃料电池太阳能电池,未来无人机的发展趋势,UCAV高空长航时（HALE）更长的航时、航程任务多样化、应用范围的扩大急剧增长的市场,二、滚翼机,滚翼机和摆线桨,滚翼机是一种以摆线桨为主要升力源的飞行器可以像直升飞机一样悬停和向各个方向飞行摆线桨效率远高于直升机旋翼噪声远低于螺旋桨和直升机旋翼，非常安静具备优异的机动性、操纵性和飞行场地适应性具备高亚音速巡航飞行的潜力,滚翼机和摆线桨,摆线桨是一种依靠控制机构变换叶片攻角，实现瞬间矢量推力的推进器,滚翼机和摆线桨,摆线桨的特点利用叶片周期性俯仰振荡带来的动态升力产生拉力，各叶素运转速度相同，且位于桨盘最外围，因此具备高推进效率所有叶素运转速度相同，桨尖涡很弱，因此十分安静叶片周期性俯仰振荡依靠偏心圆环等机构控制，只要偏心圆环位置微动，即可实现二维全向矢量推力，因此滚翼机的机动性和操纵性非常好,滚翼机的历史,滚翼机的概念最早由美国人Caldwell于1923年提出,滚翼机的历史,许多航空界的先驱都试图研制滚翼机，均未成功直到2011年之前都没有可控的、自主的飞行记录,滚翼机的历史,导致滚翼机研究直到近年才有重大进展的原因空气动力学理论的进步在19201930年代，对叶片/机翼非定常气动力的研究很薄弱，人类对复杂的非定常气动现象缺乏深入的认识。现代空气动力学理论和计算方法的进步，使我们有能力揭示摆线桨的内在机理，并发展出具有相当精度的气动力设计计算模型，为滚翼机的设计奠定了理论基础碳纤维复合材料的普及摆线桨结构较为复杂，叶片和转轴受力形式不佳，因此对结构刚度、强度和重量的要求很苛刻，而铝合金等金属结构件比强度/比刚度又太低，难以满足要求。直到现代碳纤维复合材料的普及，才使滚翼机在结构强度/刚度、结构重量方面的障碍得以清除高能量密度能源动力系统近十年来，锂聚合物电池和微型无刷电机技术进步巨大，能量密度提高很快，为电动力滚翼机提供了强劲的心脏,滚翼机的历史,数字计算机和CAD/CAE/CAM系统的普及使我们能够在计算机上开展多体动力学仿真，将重量重心估算、控制机构设计、结构刚度与强度等方面的重大问题通过计算机软件模拟得到解决，从而极大地提高设计质量，降低风险，缩短周期，这在过去是不可想象的飞控系统微小型化滚翼机的稳定飞行需要飞控系统辅助。近十年随着计算机系统和传感器的微小型化，使飞控系统在体积重量减小的同时，具备很强的功能，为滚翼机的稳定飞行扫除了障碍在飞机出现的早期，相对容易的直升机和旋翼机的兴起，使人们不再关注滚翼机，甚至淡忘了滚翼机的存在,滚翼机的现在,现代滚翼机的研究现状目前全世界成功的滚翼机只有三个新加坡国立大学的滚翼机，于2007年2月首次实现了系留悬停飞行西北工业大学航空学院研制的“风火轮”滚翼机，于2011年8月底首飞成功，该机实现了可以精确操纵的自主稳定飞行，并具备了良好的机动性能，被国外誉为“这个领域的重大突破，拉开了直升机灭亡的序幕”马里兰大学研制的滚翼机（2011年12月底）实现了稳定飞行，采用与我们早年提出的气动布局形式和叶片结构形式滚翼机的成功，离不开近十年来尖端科技的巨大进步,滚翼机的现在,现代滚翼机的研究现状,滚翼机的现在,现代滚翼机的研究现状存在的问题目前滚翼机仅仅实现了原理验证还需要螺旋桨实现配平尚未充分挖掘出摆线桨全向矢量推力的优势在实用化方面还需要开展进一步的研究工作,滚翼机的将来,未来滚翼机未来可能的发展趋势在微小型飞行器领域大显身手，以高机动性实现室内