第一章无人直升机设计概论

1、内容内容 无人直升机的优势 无人直升机的分类 已有无人直升机一览 无人直升机构型 国内的无人直升机无人直升机优势无人直升机优势 无人直升机是一种由动力驱动，机上无人驾驶的航空无人直升机是一种由动力驱动，机上无人驾驶的航空器。它由机体、动力装置、飞行控制与管理设备等组成，器。它由机体、动力装置、飞行控制与管理设备等组成，能遥控能自主飞行。能遥控能自主飞行。无人直升机优势无人直升机优势无人直升机分系统：机体、动力、飞控与设备管理无人直升机分系统：机体、动力、飞控与设备管理任务设备分系统：侦查、校射、电子对抗、中继等设备任务设备分系统：侦查、校射、电子对抗、中继等设备测控与信息传输分系统：遥控遥测、

2、信息传输、中继设备测控与信息传输分系统：遥控遥测、信息传输、中继设备指挥与控制分系统：操纵与管理、综合显示、地图与飞行航迹显示、指挥与控制分系统：操纵与管理、综合显示、地图与飞行航迹显示、任务规划、记录与回放设备、情报处理等任务规划、记录与回放设备、情报处理等发射与回收分系统：运载平台、发射平台发射与回收分系统：运载平台、发射平台保障与维修分系统：基层、基地保障维修设备保障与维修分系统：基层、基地保障维修设备无人直升机优势无人直升机优势无人直升机分系统：执行任务的载体、携带任务载荷飞行之目标区无人直升机分系统：执行任务的载体、携带任务载荷飞行之目标区完成任务。完成任务。任务设备分系统：完成侦查

3、、校射、电子对抗、通信中继等任务任务设备分系统：完成侦查、校射、电子对抗、通信中继等任务测控与信息传输分系统：通过上行信道实现对无人机与任务载荷的测控与信息传输分系统：通过上行信道实现对无人机与任务载荷的控制；通过下行信道完成对无人机、任务载荷的遥测，并获取情报控制；通过下行信道完成对无人机、任务载荷的遥测，并获取情报信息。信息。指挥与控制分系统：作战计划制定，任务数据加载，对无人机、任指挥与控制分系统：作战计划制定，任务数据加载，对无人机、任务载荷的状态监视与操纵控制，飞行参数情报数据的记录务载荷的状态监视与操纵控制，飞行参数情报数据的记录发射与回收分系统：完成无人直升机的起飞，回收任务发射

4、与回收分系统：完成无人直升机的起飞，回收任务保障与维修分系统：完成无人机的日常维护，状态测试和维修等任保障与维修分系统：完成无人机的日常维护，状态测试和维修等任务。务。无人直升机优势无人直升机优势 无空勤人员伤亡：无空勤人员伤亡：不怕冒风险不怕冒风险 不受人员生理限制：不受人员生理限制： 时间、空间、温度、视界、过载时间、空间、温度、视界、过载 低成本、低消耗：低成本、低消耗：不须保障乘员需求（无驾驶舱、低防护）不须保障乘员需求（无驾驶舱、低防护） 操纵手培养费用远低于飞行员培养费、且伤亡少操纵手培养费用远低于飞行员培养费、且伤亡少高风险、长航时、起降环境受限、要求定点和高风险、长航时、起降环

5、境受限、要求定点和低速飞行的各种复杂任务低速飞行的各种复杂任务无人直升机分类无人直升机分类按照大小分按照大小分微型无人直升机微型无人直升机 小于小于1kg1kg小型无人直升机小型无人直升机 1-100kg1-100kg中型无人直升机中型无人直升机 100-1000kg100-1000kg大型无人直升机大型无人直升机 1000kg1000kg以上以上按照活动半径分按照活动半径分超近程超近程5-15km5-15km，近程，近程15-50km15-50km，短程短程50-200km50-200km，中程，中程200-200-800km800km，远程大于，远程大于800km800km按照升限分按照升

6、限分超低空超低空0-100m0-100m，低空，低空100m-100m-1km1km，中空，中空1-7km1-7km，高空，高空7-7-18km18km，超高空大于，超高空大于18km18km已有无人直升机一览已有无人直升机一览 无人直升机的四种型式：单旋翼单旋翼+尾桨尾桨 共轴双旋翼共轴双旋翼 涵道螺桨涵道螺桨 转换式转换式美国：美国：“圆圈圆圈”（Cypher） 美国：美国：QH-50 奥地利：奥地利：CAMCOPTER S-100 美国：美国：“鹰眼鹰眼”（Eagle eye） 已有无人直升机一览（续）已有无人直升机一览（续）（一）单旋翼（一）单旋翼/ /尾桨式尾桨式国内曾经研制的单旋翼

7、/尾桨无人直升机南航的南航的“翔鸟翔鸟”（WZ-1WZ-1）无人直升）无人直升机机上海雏鹰公司的上海雏鹰公司的LE-110LE-110无人直升机无人直升机 注：另有仿制的小型无人直升机注：另有仿制的小型无人直升机已有无人直升机一览（续）已有无人直升机一览（续）（一）单旋翼（一）单旋翼/ /尾桨式（续）尾桨式（续）国外研制成功的单旋翼国外研制成功的单旋翼/ /尾桨无人直升机尾桨无人直升机美国：美国：VIGILANTE 496 美国：美国：VIGILANTE 502瑞典：瑞典：APID MK 5 奥地利：奥地利：CAMCOPTER 5.1 日本：日本：RAMX TYPE II 日本：日本：RPH

8、2A 已有无人直升机一览（续）已有无人直升机一览（续）（一）单旋翼（一）单旋翼/ /尾桨式（续）尾桨式（续）国外正在研制的部分单旋翼国外正在研制的部分单旋翼/ /尾桨无人直升机尾桨无人直升机奥地利：奥地利：CAMCOPTER S-100 美国：美国：A-160 HUMMINGBIRD 已有无人直升机一览（续）已有无人直升机一览（续）（一）单旋翼（一）单旋翼/ /尾桨式（续）尾桨式（续）国外正在研制的部分单旋翼国外正在研制的部分单旋翼/ /尾桨无人直升机尾桨无人直升机法国：法国：ORKA 1200 美国：美国：FIRE SCOUT (RQ-8A)美国：美国：DRAGON WARRIOR已有无人直

9、升机一览（续）已有无人直升机一览（续）（二）共轴双旋翼式（二）共轴双旋翼式 国内外曾经使用过和正在研制的共轴双旋翼无人直升机国内外曾经使用过和正在研制的共轴双旋翼无人直升机 美国：美国：QH-50 加拿大：加拿大：Guardian英国：英国：Sprite德国：德国：Seamos俄罗斯：俄罗斯：ka-137北航：北航：“BZK010”无人直升机无人直升机 已有无人直升机一览（续）已有无人直升机一览（续）（三）涵道螺桨式（三）涵道螺桨式美国正在研究的涵道螺旋桨式无人飞行器美国正在研究的涵道螺旋桨式无人飞行器 美国：美国：“圆圈圆圈”（Cypher） 美国：美国：“圆圈圆圈”（Cypher） 已有无

10、人直升机一览（续）已有无人直升机一览（续）（三）涵道螺桨式（三）涵道螺桨式( (续）续）美国正在研究的涵道螺旋桨式无人飞行器美国正在研究的涵道螺旋桨式无人飞行器 美国：美国：“I-星星”（ISTAR）美国：美国：OAVOAV已有无人直升机一览（续）已有无人直升机一览（续）（四）转换式（四）转换式美国：美国：X-50海蝙蝠海蝙蝠 直升翼直升翼已有无人直升机一览（续）已有无人直升机一览（续）（四）转换式（续）（四）转换式（续）美国：鹰眼美国：鹰眼 EAGLE EYE EAGLE EYE 倾转旋翼机倾转旋翼机无人直升机构型分析无人直升机构型分析 四种型式的优劣比较四种型式的优劣比较 常规型式：单旋翼

11、常规型式：单旋翼/ /尾桨式、共轴双旋翼式尾桨式、共轴双旋翼式 优点：优点：技术成熟、研制风险小技术成熟、研制风险小 缺点：缺点：未发挥无人的优势（个别型号除外）未发挥无人的优势（个别型号除外） 如：保留了座舱位置（对视界、尺寸的要求）、如：保留了座舱位置（对视界、尺寸的要求）、 沿用了有人机的起落架型式和布置等，沿用了有人机的起落架型式和布置等， 因而因而迎风面积大、迎风面积大、重心范围受限重心范围受限等等无人直升机构型分析无人直升机构型分析（续）（续） 四种型式的优劣比较四种型式的优劣比较 涵道螺桨式、转换式涵道螺桨式、转换式 优点：优点：开始摆脱有人机构型的定式，针对任务需求开始摆脱有人

12、机构型的定式，针对任务需求 设计构型，因而任务适应性强设计构型，因而任务适应性强 缺点：涵道式缺点：涵道式气动效率不佳，气动效率不佳， 转换式转换式技术难度大技术难度大无人直升机构型分析无人直升机构型分析（续）（续）应当应当： 保留大旋翼保留大旋翼：气动效率高，下洗速度低，操纵力矩大；：气动效率高，下洗速度低，操纵力矩大； 无驾驶舱，布局自由度大无驾驶舱，布局自由度大：重心变化可控制在很小范围内，：重心变化可控制在很小范围内， 传力可直接（结构重量可小），任务设备可放在最合适处；传力可直接（结构重量可小），任务设备可放在最合适处； 简化起落架简化起落架：保证起飞时自动配平，可简单（无轮、无缓冲

13、器：保证起飞时自动配平，可简单（无轮、无缓冲器）无人直升机构型分析无人直升机构型分析（续）（续）应当应当： 飞行包线范围大飞行包线范围大：适用性广、任务效率高；：适用性广、任务效率高； 机动性高机动性高：躲避敌方打击；：躲避敌方打击；飞行控制功能强飞行控制功能强：保证自主起飞、着陆，飞行安全性好：保证自主起飞、着陆，飞行安全性好国内的无人直升机国内的无人直升机开拓2号蒲公英国内的无人直升机国内的无人直升机开拓2号无人直升机设计的定义、任务和要求n任务：确定无人直升机的构型、布局、结构和其他各组成部分，以保证在一定的限度内使无人直升机最有效地满足给定的技术要求。重点解决三个问题：1、选择和确定总

14、体技术方案。战术要求的论证，提出最佳技术方案，系统可靠性、维修性、保障性、安全性和生产性的综合与权衡，系统风险分析与控制，系统地费效分析，各分系统的兼容性设计、接口设计；2、对分系统提出技术要求，并进行协调；3详细的成本估算、周期估计，并提出关键技术试验。n要求： 1）要有明确的设计目标，在分析、综合的基础上确定新机的设计技术状态； 2）要考虑主、客观条件，处理好各种关系； 3）要有专门的设计机构，比较完善的试验、试制基地。n定义：在现实的基础上最佳地拟定“技术文件”的过程。l无人直升机设计的特点：无人直升机设计的特点： 1）无人无人直升机设计是一门应用科学。直升机设计是一门应用科学。 无人直

15、升机设计是直升机设计是无人飞行器无人飞行器设计学科的重要组成设计学科的重要组成部分。部分。 2 2）综合运用了一系列基础科学、应用科学和工程技术的）综合运用了一系列基础科学、应用科学和工程技术的最新成果。最新成果。空气动力学、飞行动力学、结构强度、材空气动力学、飞行动力学、结构强度、材料与制造、航空发动机、飞行控制与管理、制导与导料与制造、航空发动机、飞行控制与管理、制导与导航、无线电与通信、信号处理、光电成像、电子对抗、航、无线电与通信、信号处理、光电成像、电子对抗、情报与侦查。情报与侦查。1.2 无人直升机设计的一般过程n无人直升机研制的阶段可划分为： 研制总要求论证阶段、方案论证阶段、工

16、程设计阶段、试制与试验阶段、设计定型阶段、生产定型阶段 n 按照设计任务和内容的不同及先后次序，无人直升机设计划分为三个阶段： 1）概念设计（Conceptural Design） 2）初步设计（Preliminary Design） 3）详细设计（Detail Design）概念设计（方案设计或总体设计）主要工作内容：主要工作内容：1. 气动布局方案论证 2. 全机总体布局方案论证 3. 全机总体结构方案论证 4. 各部件和系统的方案论证 5. 全机重量计算、重量分配和重心定位 6. 全机配套附件和设备等成件的选择和确定，新材料和新工艺的选择和确定，对要求新研制的成件要确定技术要求和协作关系

17、 概念设计阶段的任务是依据设计技术要求形成对所设计无人直升机的构思及基本概念，并拟定出能满足设计要求的初步技术方案。现代无人直升机设计都采用计算机辅助设计，因此，在这个阶段中通常可以选择几个方案进行对比分析，经过充分论证后初步确定无人直升机的构型和气动布置方案。初步设计（技术设计或打样设计）主要工作内容：主要工作内容： 1. 气动方面 性能、操稳、外载荷 2. 结构设计 结构草图、强度计算、试验 3. 系统设计 系统布局图 4. 总体布局 改善外形和内部布置，绘制样机图、协调、审查详细设计（工程设计或零件设计）主要工作内容：主要工作内容： 继续进行性能、操稳、气动、动力学等方面的校核性试验，利用校核试验结果和由图纸得到的重量、重心和惯量数据进行全面的性能、操稳等方面的计算，同时根据正式的外载荷进行零、部件的强度校核计算，提前进行零构件、部件的强度试验或有关的振动试验。完成全机和零部件的重量、重心和惯量的计算，提交静、动力试验任务书和飞行试验任务书。完成原型机试制所需的全部图纸和技术文件完成原型机试制所需的全部图纸和技术文件 ，包括：，包括： 零件图、装配图、理论图等和直升机各部件、各系统及全机进行生产、安装、装配工作所要的全部技术文件 。1.3 无人直升机总体设计工作的特点 无人直升机总体设计