无人机培训教材

多旋翼无人机的介绍与实践，基础知识，第一章无人机概述，无人机发展简史。1910年，受到莱特兄弟成功的启发，来自俄亥俄州的年轻军事工程师查尔斯科特林建议使用无人驾驶飞行器：使用发条装置来控制飞行器，使其在预定位置放下机翼，像炸弹一样落在敌人身上。在美国陆军的支持和资助下，他制造并测试了几个模型，命名为“科特林航空鱼雷”和“科特林臭虫”。1933年，英国开发了第一架可重复使用的无人驾驶飞行器“蜂王”用三架修理好的“小后弦”双翼飞机进行试验，并从船上对它们进行无线电遥控。其中两架坠毁，但第三次飞行试验成功，使英国成为第一个开发并成功测试无线电遥控目标机的国家。无人驾驶飞行器的发展简史德国科学家领先时代几十年。事实上，直到20世纪80年代末，世界上每一架成功开发的无人机都是基于V-1巡航导弹或“Fw189”飞机的结构概念。第二次世界大战期间，美国海军首次使用无人驾驶飞行器作为地面武器。1944年，美国海军使用由B-17轰炸机改装的遥控舰载飞机袭击了德国潜艇基地。由美国公司特里斯坦瑞安(Tristan Ryan)生产的“萤火虫”系列无人机是当时唯一设计产量最大的无人机。从1948年到1995年，这一系列无人机产生了许多变化：无人靶机(亚音速和超音速)、无人侦察机、无人电子对抗机、无人攻击机、多用途无人机等。多年来，美国空军、陆军和海军一直在使用基于BQM-34“火蜂”靶机开发的多种无人驾驶飞行器。无人驾驶飞行器发展简史美国“火蜂”无人驾驶飞行器以色列军事专家、科学家和设计师在20世纪70年代和90年代及以后对无人驾驶技术设备的发展做出了杰出贡献，使以色列成为世界上无人驾驶系统发展和作战使用的重要参与者。无人驾驶飞行器发展简史以色列的侦察兵无人驾驶飞行器正在世界各地制造。在1980年代和1990年代，除了美国和以色列，其他国家的许多飞机制造公司也从事无人驾驶飞行器的开发和生产。在西方国家中，美国在无人驾驶飞行器的开发和生产方面占据领先地位。今天，美国军方拥有全方位的无人侦察机，用于从最高指挥部到营级和连长的所有指挥级别。许多无人机可以携带制导武器(炸弹、导弹)、目标指示和火力修正装置。最著名的是捕食者可重复使用的无人机，世界上最大的无人机全球鹰、影子200低空无人机、扫描鹰小型无人机和火力侦察无人直升机。无人机的发展简史无人机的发展简史无人机的发展简史多旋翼无人机多旋翼无人机作为一种无线电遥控类型历史较短。1.多旋翼无人机理论是在上世纪10年代直升机研发之前建立的。由几个主要飞机制造商开发的一种模型，用于驾驶多螺旋桨飞机。这一设计开创了多旋翼飞机的理论。2.加速发展阶段2007年后，装备高性能压电陶瓷陀螺仪和角速度传感器(六轴陀螺仪)的多旋翼无人机开始加速发展。多旋翼无人机发展简史随着飞机技术的发展，多旋翼无人驾驶飞机的用户数量将急剧增加。这样，事故和失败将相应增加，甚至发展成社会问题。将来，不仅制造商和商店，而且协会和主管部门也将增加他们的多旋翼无人驾驶飞行器飞行会议和培训课程。多旋翼无人机发展简史多旋翼无人机的优点和缺点无人机的优点和缺点避免了牺牲空勤人员，因为飞机上不需要空勤人员，从而最大限度地保证了人的生命安全。无人机体积相对较小，在设计时不受飞行员生理条件的限制，可以有很大的工作强度，不需要人员生存保障系统和应急救援系统等，大大减轻了飞机的重量。制造成本和生命周期成本低，没有昂贵的培训成本和维护成本，机体使用寿命长，检修维护简单。无人机具有定点起降的技术优势，对起降场地条件要求不高。它们可以通过无线电或机载计算机远程控制。无人机的优势和劣势主要表现在生存能力低，在与具有强大防空能力的敌人作战时缺乏优势。无人机速度慢，抗风能力和气流能力差。在强风和湍流飞行中，飞机很容易偏离飞行路径，很难保持稳定的飞行姿态。无人机受天气影响很大，结冰飞行高度低于预期。在3000-4500米的高度，连续飞行10-15分钟会损坏飞机。无人机不具备应对突发事件的能力。当有强信号干扰时，很容易使接收机与地面站失去联系。无人机也有机械故障的可能性。一旦电子设备出现故障，对无人机和机载设备将是致命的。无人机的优缺点无人机的应用领域无人机的应用非常广泛，它可以用于军事以及民用和科学研究。在民用领域，无人机已经并将应用于40多个领域，如影视航空摄影、农业植物保护、海洋监视和救援、环境保护、电力线路巡逻、渔业监管、消防、城市规划和管理、气象探测、交通监管、地图测绘、土地监管等。无人机应用领域、城市规划与管理、影视航空摄影、无人机应用领域、地图测绘、农业植物保护、电力线路巡逻、消防救援、交通监管、无人机分类，无人机种类繁多，主要包括飞艇、固定翼无人机、伞翼无人机、扑翼无人机、可变翼无人机、旋翼无人机等。无人机分类、飞艇分类、无人机分类、固定翼无人机分类、伞翼无人机分类、扑翼无人机分类、可变翼无人机分类、无人机分类、多旋翼无人机分类、多旋翼无人机概述和分类、多旋翼飞机，又称多轴飞机，是一种直升机，它通常有3个以上的旋翼。飞机的机动性是通过改变不同旋翼的扭矩和转速来实现的。与传统的单水平旋翼直升机相比，它具有结构简单、维护方便、操作简单、稳定性高、携带方便等优点。常见的多旋翼飞行器有四旋翼、六旋翼和八旋翼，广泛应用于视频航空摄影、安全监控、农业植物保护、电力线路巡视等领域。多旋翼的概述和分类，三轴多旋翼的分类，无人机的分类，四轴多旋翼的结构，八轴多旋翼，六轴多旋翼，多旋翼飞机，多旋翼飞机主要由机架，电机，电动谐波叶片组成，为了满足实际飞行需要，电池，遥控器和飞行辅助控制系统是普遍需要的。多旋翼飞机的结构框架在多旋翼飞机的结构中，叶片是一种通过自身旋转将发动机的旋转动力转化为动力的装置。在整个飞行系统中，叶片主要提供飞行所需的动能。根据材料一般可分为尼龙桨、碳纤维桨和木桨等。多旋翼飞机的结构、尼龙桨、碳纤维桨、木质桨和电池是将化学能转化为电能的装置。在整个飞行系统中，电池被用作能量储备，为整个动力系统和其他电子设备提供电源。目前，普通锂电池或智能锂电池普遍用于多旋翼飞机上。多旋翼飞机结构、普通锂电池、智能锂电池和遥控系统遥控系统由遥控器和接收器组成，是整个飞行系统的无线控制终端。多旋翼飞机的结构、遥控器、接收器和飞行控制系统飞行控制系统集成了高精度传感器元件，主要由陀螺仪(飞行姿态传感)、加速度计、角速度计、气压计、全球定位系统和罗盘模块(可选)以及控制电路组成。通过高效的控制算法内核，可以准确感知和计算飞机的飞行姿态等数据，进而使主控单元实现精确定位、悬停和自主稳定飞行。根据飞机的类型，可能有不同类型的飞行辅助控制系统，包括支持固定翼、多旋翼和直升机的飞行控制系统。多旋翼飞机的结构，A2多旋翼飞行控制，NAZA多旋翼飞行控制，ACEONE多旋翼飞行控制，NAZA-H多旋翼飞行控制，多旋翼飞行原理，多旋翼飞机是通过调节多个电机的转速来改变螺旋桨的转速，达到改变升力，从而达到飞行姿态控制的目的。多旋翼飞行原理的详细说明以一架四旋翼飞机为例。飞行原理如下图所示。当马达1和马达3逆时针旋转时，马达2和马达4顺时针旋转。因此，当飞机平衡飞行时，陀螺效应和气动力矩效应都被抵消了。与传统直升机相比，本发明的优点是每个旋翼对机身产生的反作用力矩与旋翼的旋转方向相反，因此当电机1和电机3逆时针旋转时，电机2和电机4顺时针旋转，可以平衡旋翼对机身的反作用力矩。多旋翼飞机的飞行原理一般来说，多旋翼飞机可以通过调节不同发动机的转速在四个方向上运动，即垂直、俯仰、滚转和偏航。多旋翼飞行、垂直运动(即升力控制)的原理如图(a)所示。两对马达以相反的方向转动，这可以平衡它们对机身的反作用力矩。当四个电机的输出功率同时增加时，转子速度的增加会增加总拉力。当总拉力足以克服整个机器的重量时，四旋翼飞机将从地面垂直上升。相反，如果四个电机的输出功率同时降低，四旋翼飞行器将垂直下降，直到平衡着地，从而实现沿Z轴的垂直运动。当外部干扰为零时，当旋翼产生的升力等于飞机的自重时，飞机将保持悬停状态。确保四个转子的转速同步增加或降低是垂直运动的关键。多旋翼飞行的原理，俯仰运动，即前后控制，如图(b)所示。马达1的转速增加，马达3的转速降低，马达2和马达4的转速保持不变。为了不由于转子速度的变化而改变四旋翼飞机的总扭矩和总张力，转子1和转子3的转速应该相等。随着旋翼1的升力上升，旋翼3的升力下降，产生的力矩使机身绕Y轴旋转(如图所示)。类似地，当马达1的转速下降而马达3的转速上升时，机身在另一方向上绕Y轴旋转以实现飞机的俯仰运动。在转子旋转过程中，由于空气阻力的作用，会形成与旋转方向相反的反扭矩。为了克服反扭矩的影响，四个转子中的两个可以向前旋转，两个可以向后旋转，对角线上的每个转子具有相同的旋转方向。反扭矩的大小与转子的转速有关。当四个电机的转速相同时，四个转子产生的反作用力矩相互平衡，四转子飞机不旋转。当四个电机的转速不同时，不平衡的反作用力矩将导致四旋翼飞机旋转。在图(d)中，当电机1和电机3的转速增加而电机2和电机4的转速降低时，转子1和转子3对机身的反作用力矩大于转子2和转子4对机身的反作用力矩，机身在剩余反作用力矩的作用下绕z轴旋转，从而实现飞机的偏航运动。多旋翼飞行的原理，第二章多旋翼飞行控制系统概述，飞行控制系统存在的意义，飞行控制系统通过高效的控制算法内核，可以准确地感知和计算飞机的飞行姿态等数据，然后通过主控制单元实现精确定位悬停和自主平稳飞行。在没有飞行控制系统的情况下，许多专业飞行员经过长期艰苦的练习后，能够非常平稳地控制飞机飞行。然而，难度和要求都极高，而且他们还需要非常丰富的实战经验。如果没有飞行控制系统，飞行员需要时刻关注飞机的运动，他的眼睛是完全不可能离开飞机的，而且他总是处于高度紧张的工作状态。此外，人眼的有效视距非常有限。即使能够稳定地控制飞行，控制精度也很可能无法满足航空摄影的要求。控制距离越远，控制精度越差。此外，对于不同的射击要求和面对不同的射击环境或条件，人工飞行控制甚至更难增加甚至不可能实现。飞行控制系统是目前实现简单控制和精确飞行的必备武器。一、飞行控制系统存在的意义飞行控制系统的主要组成部分，飞行控制系统一般主要由主控制单元、惯性测量单元(IMU)、全球定位系统罗盘模块、发光二极管指示器模块等组成。1.主控单元是飞行控制系统的核心，通过它将惯性测量单元、全球定位系统罗盘、舵机、遥控接收器等设备连接到飞行控制系统，实现飞机的自主飞行功能。除了辅助飞行控制，一些控制器还具有黑匣子功能来记录飞行数据，如：DJI的AceOne。主控单元还可以通过USB接口调整飞行参数和升级系统固件。飞行控制系统的主要部件惯性测量单元(IMU)，包括三轴加速度计、三轴角速度计和气压高度表，是能够高精度感知飞机姿态、角度、速度和高度的部件的集合体，在飞行辅助功能中起着极其重要的作用。飞行控制系统的主要组成部分全球定位系统罗盘模块，包括全球定位系统模块和罗盘模块，用于精确确定飞机的方向和经纬度。实现失控保护、自动返回、精确定位和悬停等功能非常重要。飞行控制系统的主要部件发光二极管指示灯模块，用于实时显示飞行状态。它在飞行过程中至关重要，可以帮助飞行员实时了解飞行状态。飞行控制系统的主要部件，飞行控制系统的主要功能，实现悬停飞行控制系统的精确定位，由于配置了全球定位系统罗盘模块，可以实现锁定纬度、经度和高度的精确定位。即使在风或其他外力的作用下，飞行控制系统也能通过主控单元发出的定位命令自主控制飞机，实现精确定位和悬停。飞行控制系统的主要功能是智能失控保护/自动控制为了确保更有效地完成飞行操作，飞行控制系统的低电压报警功能将通过发光二极管指示灯及时提醒飞行员当前的电压状态。在紧急情况下，还可以实现自主返回或着陆，以确保整个飞行系统的安全。内置(双轴)云台稳定功能云台系统是无人机航空摄影不可缺少的设备，主要用于稳定摄像机，拍摄稳定流畅的画面。越来越多的人使用无人机航空摄影，主要是因为其成本低，性价比相对较高。除了无