多旋翼无人机技术基础-第1章课件

第一章概述第一章概述1概述主要内容(1)与多旋翼无人机相关的基本概念。(2)多旋翼无人机系统的基本概念。(3)多旋翼无人机的构型、用途和类型。(4)多旋翼无人机的发展历程和市场前景。(5)民用多旋翼无人机的飞行管理。概述主要内容2概述1.1与多旋翼无人机相关的基本概念1.1.1基本的物理概念和定律1.速度和加速度(1)速度。平均速度是指运动物体通过的一段位移和所用时间的比值，即v=s/t,常用单位为米/秒，公式中D为速度,s为位移，t为时间。运动物体在某一时刻(或某一位置)的速度，称为瞬时速度，平时人们所说的速度大多是指瞬时速度。速度是有方向的，所以是矢量。(2)加速度。加速度即速度的改变率，是指运动物体速度的变化量0v与发生这一变化我:所用时间0l的比值，即a=Av/At，常用单位为米/(秒，秒)，公式中a为加速度。加速度是矢量，它的方向是运动物体速度变化(量)的方向，与外力的合力方向相同。如果加速度是负数，则代表减速。概述1.1与多旋翼无人机相关的基本概念3概述2.牛顿三大运动定律(1)牛顿第一运动定律。任何一个物体在不受外力或受平衡力的作用时，总是保持静止状态或匀速直线运动状态，直到有作用在它上面的外力迫使它改变这种状态为止。物体具有保持运动状念不变的性质称为惯性。一切物体都具有惯性，惯性是物体的物理属性所以牛顿第一运动定律又称为惯性定律。概述2.牛顿三大运动定律4概述2.牛顿三大运动定律(2)牛顿第二运动定律。物体的加速度跟物体所受的合外力成正比，跟物体的质量成反比。牛顿第二运动定律也称为加速度定律，它表明力的瞬时作用规律:力和加速度同时产生,同时变化，同时消失。牛顿第二运动定律可以用一个矢量方程表示:F=ma.公式中m为物体的质最，a为加速度,F为外力，应用计算时应规定正方向，儿与正方向相同的力或加速度均取止值，反之取负值概述2.牛顿三大运动定律5概述2.牛顿三大运动定律(3)牛顿第三运动定律两个物体之间的作用力和反作用力，在同一直线上，大小相等，方向相反。牛顿第三运动定律也称为作用力与反作用力定律。概述2.牛顿三大运动定律6概述3.动能、势能和压力(1)动能。动能是指物体囚运动而具有的能量。动能是能量的一种，数值上F一mu/2，公式中E为动能，m为物体的质量，v为速度。它在国际单位制下单位是焦F(J)。动能具有瞬时性，是指力在个过程中对物体所做的功等丁在这个过程中动能的变化。动能是状态量，无负值。动能定理:运动质点的动能的增量等于其他物体对它所做的功。动能定理一般只涉及物休运动的始末状态，通过运动过程中做功时能的转化求出始术状态的改变量。但是总的能是遵循能量守恒定律的，能的转化包括动能、势能、热能、光能等能量的变化。概述3.动能、势能和压力7概述3.动能、势能和压力(2)势能。势能是山相互作用的物体之间的相对位置.或由物体内部各部分之间的相对位置所确定的能量，按作用性质的不同，势能可以分为引力势能、弹性势能、电势能和核势能等。势能不是属于单独物体所具有的，而是相万作用的物体所共有的。(3)压力。垂直作用于流体或固体界面单位面积上的力即为压力。概述3.动能、势能和压力8概述4.空气属性(1)连续性假设。大气连续性假设是在进行空气动力学研究时，将大量的、单个分子组成的大气看成是连续的介质的过程。所谓连续介质就是组成介质的物质连成片，内部没有任何空隙。在其中任意取一个微团都可以看成是由无数分子组成的，微团表现出米的特性体现了众多分子的共同特性。对大气采用连续性假设的理由是与所研究的对象(飞机)相比，空气分子的平均白由行程要比飞机的尺寸小得多。空气流过飞机表面时，与飞机之间产生的相互作用不是单个分子所为，而是无数分子共同作用的结果。概述4.空气属性9概述4.空气属性(2)黏性。流体都是有黏性的，空气也是有黏性的。黏性是施加于流体的应力和由此产生的变形速率以一定的关系联系起来的流体的种宏观属性，表现为流体的内摩擦，由于黏性的耗能作用，在无外界能量补充的情况下，运动的流体将逐渐停止下来。黏性对物体表面附近的流体运动产生重要作用，使流速逐层减小并在物体表面上为零，在一定条件下也可使流体脱离物体表面。凡是有黏性作用的地方，各层气流的速度是不均的，这也是摩擦阻力产生的根源。概述4.空气属性10概述5.伯努利方程伯努利定律的实质是流体的机械能守恒，即动能+重力势能十压力势能=常数。其最为著名的推论为:等高流动时，流速大，压力就小。空气的密度是很容易随压强(压力)而改变的，但是当空气流速不大时，由流速引起的压强变化还不足以使空气的密度有显著的变化，这样的流动称为不可压缩流动。概述5.伯努利方程11概述6.飞行器、飞行力学和空气动力学(1)飞行器:空代中的运动体，一个复杂的被控对象，要想控制它，需要了解气流特性与飞行器在气流巾飞行时的特性。(2)飞行力学:研究飞行器在大气中飞行时的受力与运动规律,建立飞行器动力学方程。(3)空气动力学:空气动力学是力学的一个分支，研究物体在同气体进行相对运动情况下的受力特性、气体流动规律和伴随发生的物理和化学变化。概述6.飞行器、飞行力学和空气动力学12概述7.自动控制和自动控制系统自动控制。自动控制是指在没有人古接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。自动控制是相对人工控制概念而言的，是工程科学的一个分支。它利用反馈对动态系统的自动影响，以使得输出值接近人们想要的值。从方法的角度看，它以系统理论为基础。自动控制系统。自动控制系统，简称自控系统，是在无人直接参与下可使操纵过程或其他过程按期望规律或预定程序进行的控制系统。自动控制系统是实现自动化的主要手段，包括实现月动控制功能的装置及其被控制对象，由控制器、被控对象、执行机构和变送器4个环节组成。概述7.自动控制和自动控制系统13概述1.1.2系统论的基本概念系统论是研究系统的模式性能、行为和规律的一门科学。它为人们认识各种系统的组成、结构性能、行为和发展规律提供了一般方法论的指导。1.系统的分类所谓系统，是混乱无秩序的反义词，通俗地说就是有组织、有秩序地达到某种目的的一个组合体。在自然界和人类社会中普遍存在着各种系统。概述14概述(1)自然系统。自然系统就是由自然物所组成的系统，它的特点是自然形成的。(2)人造系统。人造系统是由人工造出来的系统，主要有三种类型。①工程技术系统:由人们从加工白然物中获得的零、部件装配而成的系统。②管理系统:由一定的制度组织、程序、手续等所构成的系统。③科学体系:根据人们对白然现象和社会现象的科学认识所创立的系统。(3)复合系统。复合系统是自然系统与人造系统相结合的系统。现实生活中的大多数系统都是复合系统。概述15概述(4)静态系统与动态系统。静态系统是指系统的性能与功效不随时间而改变，反之就是动态系统。应注意的是静态系统并非指系统中切都绝对静止，即使是静态系统，仍存在着少量的物质、能量交换。(5)封闭系统与开放系统。当系统与环境联系不密切，即很少与环境发生能量、物质、信息的交换时，该系统称为封闭系统。(6)实体系统与虚拟系统。实体系统是以矿物、生物、机械、人类等实体物理方面的存在物为组成部分的系统。与此相对应虚拟系统是以概念、想象、原理法则、方法、制度、步骤、手续等非物理方面的存在物为组成部分的系统。概述(4)静态系统与动态系统。16概述2.系统论的基本理论系统论的基本理论可以概括为以下4个方面。(1)整体的功能不等于各部分功能之总和。系统论的这理论也称为“整体性原则”。它要求人们在研究和处理问题时，要牢固地树立全局观念.始终把研究对象看作个有机的整体。(2)系统的结构决定系统的功能结构是系统内部各个要索的组织形式，功能是系统在定环境下所能发挥的作用。系统的结构决定系统的功能，不同的结构可以发生不同的功能。(3)动态观点。任何系统都是一个运动过程.如思维过程以感觉、知觉、记忆、分析、综合等来表征它的运动过程。系统论控制论信息论都是以动态的观点去分析考查事物，注意事物的运动状态，考察研究事物运动的过程，从而选择恰当的过程。(4)最优化观点。人们对系统进行研究和改造的最终目的是为了使系统发挥最优的功能。概述2.系统论的基本理论17概述1.1.3控制论的基本概念1.控制和控制论的定义控制是施控者作用于受控对象的一种主动行为，使受控对象按照施控者的意愿行动，如领导、指挥、管理、教育、设计、调节等都是主动的控制行为。控制是有目的的，如果控制系统的目的是一个，则称其为单日标控制系统;如果是多个,则称其为多目标控制系统。概述1.1.3控制论的基本概念18概述2.反馈控制所谓反馈就是指在完成控制的过程中，收集行动效果的响应信息,并把其响应同日的要求相比较进行工作的调整。这种行动后果的响应信息就称为反馈信息，当行动响应同目标要求一致时，控制过程便完成了;当行动响应效果偏离目标甚至背道而驰时.就需要对系统进行调节，使其逐步接近目标，最后使系统能得到合理的发展。概述2.反馈控制19概述3.前馈控制前馈控制是没有反馈信息的控制，系统中只有前馈的控制信息通道，通常只应用于比较简单的场合，在工程建设项目中较少采用。概述3.前馈控制20概述1.2多旋翼无人机系统的基本概念1.2.1多旋翼无人机的定义旋翼飞行器是利用旋與转动产生升力的飞行器，它是一个大家族，包括传统的旋类机.单旋翼百升机和多旋翼飞行器等。概述1.2多旋翼无人机系统的基本概念21概述1.旋翼驱动方式的分类旋翼飞行器如果按照旋翼驱动方式(有无发动机驱动)来分类，可以分为两大类。(1)旋翼由发动机驱动的旋翼机，如单旋翼直升机和多旋翼飞行器，其旋翼由发动机(汽油发动机或电动机)驱动，优点是可以垂直起降及在空中悬停不动。(2)旋翼无发动机驱动的旋翼机，它是一种利用前飞时的相对气流吹动旋据自转以产生升力的旋翼航空器。概述1.旋翼驱动方式的分类22概述2.无人机、航空模型和航模运动1)无人机无人机即无人驾驶飞机(UnmannedAerialVehicleUAV),是一种以无线电遥控(半白主控制方式)或由自身程序控制为主(全自主控制方式)的无人(不搭载驾驶员)的飞机。它是高科技新技术的集中载体，与载人飞机相比，它具有体积小、造价低效费比好;无人员伤亡风险,生存能力强，机动性能好，使用方便、成本低,用途广泛等许多优点。它的研制成功和运用，揭开了以远距离攻击型智能化武器、信息化武器为主导的“非接触性战争”的新篇章，备受世界各国军队的青睐。它在现代战争中有极其重要的作用，在民用领域也有广阔的前景。概述2.无人机、航空模型和航模运动23概述2)航空模型航空模型简称航模。一般认为不能飞行的，以某种飞机的实际尺寸按一定比例制作的模型称为飞机模型，而把能在空中飞行的模型称为模型飞机，即航空模型。航空模型是种有尺寸和重量限制的微型航空器，在国际航空联合会(FAI)制定的竞赛规则甲明确规定:航空模型是一种重于空气的，有尺寸限制的.带有或不带有发动机的，可避控的、不能载人的航空器。概述2)航空模型24概述3)航模运动航空模型运动是以放飞操纵自制的航模进行竞赛和创纪录飞行的一项航空运动。它既是一项体育运动又是一项科技竞赛活动，它的生命力在于它的趣味性和知识性，有助于培养人们对航空事业的兴趣，普及航空知识。亲手制作的航模翱翔蓝天往往会使青少年产生美好的遐想。概述3)航模运动25概述3.多旋翼无人机的定义多旋冀无人机的英文为MultirotorUnmannedAircraft,缩写为MUA,就是多旋翼无人驾驶飞行器，简称为多旋翼无人机或多旋翼无人直开机。它是一种没有搭载驾驶人员的旋翼飞行器,具有垂占起降、空中悬停、低空飞行和原地回转等独特飞行技能，在军用和民用市场上都大有用武之地.概述3.多旋翼无人机的定义26概述1.2.2多旋翼无人机系统及其飞行机组1.多旋翼无人机系统的定义多旋翼无人机系统包括旋翼机系统、地面系统、任务载荷和综合保障系统，其中旋翼无人机系统有飞行器平台、动力系统、飞行控制系统。导航系统、避让防撞系统、起降着陆装置、数据链路机载终端等组成;地面系统包括地面指挥控制系统、数据链路地面终端、地面铺助设备系统等;任务载荷是多旋翼无人机完成任务所需的设备，如航拍摄影、空中监视、电力架线、灾难救援、气象观测、地理测绘、资源勘探、管道巡检及农林植保等领域的各种专用设备;综合保障系统是保证多旋翼无人机系统能够正常工作的支援保障系统，主要包括人员及其使用培训维护维修设备、通信和机场设施等。概述1.2.2多旋翼无人机系统及其飞行机组27概述2.多旋翼无人机飞行机组在多旋翼无人机系统所有的要素中，人是决定性因素，因为多旋翼无人机设计生产和应用飞行所需要的资金、设备、原材料、科学技术等都是靠人去掌握、组织和运用的，要提高多旋翼无人机的飞行性能和使用效率，也必须通过人的努力去实现、特别是大中型多旋翼无人机系统。在实际应用飞行过程中，为保障能顺利完成任务，需要有一个飞行机组来执行其飞行任务，其主要组成人员包括以下几个。概述2.多旋翼无人机飞行机组28概述(1)驾驶员。多旋翼无人机驾驶员是经过正规培训，并取得了驾驶资格的“飞手”。每次执行具体的操纵多旋翼无人机飞行任务时要由运营人任命指派。他是在多旋翼无人机飞行期间适时操纵飞行控件的人，对多旋翼无人机的飞行负主要职责。概述(1)驾驶员。29概述(2)机长。多旋翼无人机系统的机长是指在多旋翼无人机系统飞行时间内，全面负责整个系统飞行和安全的驾驶员。机长对多旋翼无人机的运行直接负责,并具有最终决定权。在飞行中遇有紧急情况时，机长必须采取适合当时情况的应急措施。概述(2)机长。30概述(3)观测员。多旋粪无人机观测员的任务是通过月视观测多旋翼无人机的飞行状况，协助驾驶员安全实施飞行。观察员由运营人指定训练有素的人员相任。(4)运营人。运营人是指从事或拟从事多旋翼无人机运营的个人、组织或企业。概述(3)观测员。31概述3.载人多旋翼飞行器和旋翼自转状态虽然多旋翼无人机最大的特点是机上无人操纵驾驶，即机上没有搭载驾驶员，依靠本身的自动控制系统白主控制飞行，但并不是说这种机型就不适合用作载人(旅客)的客机。概述3.载人多旋翼飞行器和旋翼自转状态32概述1.3多旋翼无人机的构型、用途及分类1.3.1多旋翼无人机的构型和用途1.多旋翼无人机的外形结构多旋翼无人机的外形结构多种多样，通常有以下几种构型。概述1.3多旋翼无人机的构型、用途及分类33概述1)以旋翼数量划分根据多旋翼无人机所具有的旋赏数量，其可分为4.6.8.12.16.18、24.36旋翼等多种类型。不同能翼数量的构型其空气动力学特性也各其特色，其中4旋翼无人机结构简单，机动件很好，能够做山3D特技，是许多玩家的最爱;而6旋翼.8旋翼无人机则稳定性更好，是航空摄影摄像的良好平台;还有其他旋党数量的构型也深受需求各异的用户喜爱。概述1)以旋翼数量划分34概述2)以旋翼分布位置划分根据最前与最后两个旋翼轴的连线与机体前进方向是否在同直线上，可将多旋翼无人机划分为1型(或称为+型)利X型两种。如果连线与前进方向是在同直线上，则多旋翼无人机呈工型，否则呈X型。山于X型结构的实用载荷前方的视野比I型的更加开阔.所以在实际应用中，多旋翼无人机大多采用X型外形结构。除了这两种类型以外，还有其他类型的结构外形，包括V型,Y型和IY型等概述2)以旋翼分布位置划分35概述3)以共轴发动机数量划分为了在不增大体积的情况下使多旋與无人机的马小(总功率)更大，最简单的办法是把两台发动机上下叠放。上下两台发动机分别驱动两个大小相同、转向相反的旋冀转动(如图1-4所示)，使它们产生的反批矩相互抵消。其构型如图1-3所示，包括IY型共轴双桨3轴6旋翼、Y型共轴双桨3轴6旋粪、V型共轴双桨4轴8旋冀等类型。这种构型虽然能节省空间，但由于上下叠放的两个旋翼之间存在着较大的空气动力干扰，会导致效率下降20%。概述3)以共轴发动机数量划分36概述4)以旋翼能否倾转划分倾转4旋翼无人机是种将固定翼无人机和单旋粪无人百升机的特点融为一体的多旋翼无人机。概述4)以旋翼能否倾转划分37概述2.多旋翼无人机的用途多旋翼无人机具有垂直起降、空中悬停、低空飞行和原地回转等独特飞行技能，可广泛应用于国民经济建设的各个领域。它可搭载各种专业设备仪器，承担和完成各种危险、单调的工作,在恶劣环境下进行全天候作业。其应用范围极为广泛，主要包括以下几个方面。(1)石油开发服务、输油管路监测和安全保护。(2)消防部门的火情探查、监视，消防灭火、消防抢险、灾害救援。的外形结构示意图(3)林业部门的护林防火、播种和病虫害防治。(4)物流快递公司送货。(5)交通部门的道路交通检测、疏导与控制，海港的接送引航员服务。概述2.多旋翼无人机的用途38概述(6)电力部门的输电线路建设、巡查和维护。(7)新闻及电影摄制的航空摄像及照相。(8)农牧业的农作物监测、喷洒农药、牧群监测与驱赶。(9)海岸警卫的海面搜寻、海岸巡逻、海界标监测。(10)环保部门的环境污染及士地状况监测。(11)海关与税收部门的非法走私监视边界巡逻。(12)海洋渔业部门的渔业保护、海洋资源调查概述(6)电力部门的输电线路建设、巡查和维护。39概述(13)地方政府的大气参数采集与检测、分析,灾害普查、抢险和救援。(14)警察部门的反恐、失踪人员搜寻、落水人员救生、安全与突发事件监视、现场处理。(15)普查机构的地理、地质、考古勘定.(16)河道管理部门的水路和水情监测、洪水与污染控制。(17)水务部门的水务与水管道监测维护。(18)实现载人化,搭乘旅客，作为便捷的交通运输工具等。概述(13)地方政府的大气参数采集与检测、分析,灾害普查、抢40概述1.3.2多旋翼无人机的分类1.多旋翼无人机的主要分类方法1)油动多旋翼无人机以然油发动机作为动力来源，包括活塞发动机、定轴禍轮发动机、月由涡轮发动机等机型。油动多旋冀无人机属f旋翼浆距可控类，即旋翼变距类。这里有一点需要特别强调的是:虽然它与单旋翼百升机一样具有旋異桨距操纵系统，但它与单旋翼直升机最大的区别是只操纵旋翼总矩取消了旋粪周期变矩控制和尾桨，即取消了单旋翼直升机旋翼桨距操纵系统中结构复杂的自动斜倾器、液压系统和尾桨，从而大大简化了总体结构。油动多旋翼无人机大多是大、中小型的无人旋翼飞行器，属于工业级或商业级类。概述1.3.2多旋翼无人机的分类41概述2)电动多旋翼无人机以电动机作为动力来源，采用直流电机作为驱动旋翼旋转的发动机，发动机类型大多为无刷直流电机，也有部分使用有刷直流电机的情况，所有电机运转所需的能量由聚合物锂电池或新能源方式(如燃料电池)提供。电动多旋冀无人机属于旋翼桨距不可控类，即旋翼变速类。电动多旋翼无人机空气螺旋桨的桨矩是固定的，其向上的升力大小取决于空气螺旋桨的转速.转速越大，开力越大，转速越小,开力越小。电动多旋翼无人机大多是微微型、微型和轻型的无人旋翼飞行器,属于消费级类(航模)，比较适合个人使用，特别适合个人自己动手组装(DIY)。概述2)电动多旋翼无人机42概述2.多旋翼无人机的其他分类方法多旋翼无人机的其他分类方法，包括按照旋翼数最用途重量.控制方式和市场定位等分类方法。下面按常用的几种分类方法对多旋冀无人机进行分类。1)按外形结构划分根据多旋翼无人机所具有的旋翼数量可将其分为4.6.8.12.16.18.24.36旋撰等类型;按照旋翼分布位置可将其划分为工型、X型、V型、Y型和IY型等类型;根据共轴引擎数量可将其分为3、4.6.8、12、16轴双桨多旋翼等类型。概述2.多旋翼无人机的其他分类方法43概述2)按用途划分多旋翼无人机依据其用途分类有民用和军用两类。(1)民用多旋翼无人机:多旋翼无人机在民用方面应用范围极为广泛，可以细分为许多种类型。(2)军用多旋翼无人机:多旋翼无人机在军事方面的应用主要有边防巡逻,空中侦察、监视，排爆扫雷.对地攻击、空中格斗、拦截导弹、实施精确打击利白杀性攻击，以及伤员教助等。概述2)按用途划分44概述3)按重量划分多旋翼无人机依据共重量分类有以下5种。(1)微微型多旋翼无人机(l类):空机重量和起飞全重小于1.5千克。(2)微型多旋翼无人机(I类):空机重量介于1.5~4下克之间，起飞全重介于1.5~7千克之间。(3)轻型多旋翼无人机(皿类):空机重量介于1~15千克之间，起飞全重介于7~25千克之间。(4)小型多旋粪无人机(IV类):空机重量介于15~116下克之间，起飞全重介于25~150下克之间。(5)大中型多旋翼无人机:空机重量大于116千克，起飞全重大于150千克。概述3)按重量划分45概述4)按控制方式划分多旋翼无人机的飞行控制方式-般有半自主控制和全白主控制两种方式。(1)半自主控制方式:半白主控制方式是指白动驾驶仪的控制算法能够保持多旋翼无人机的姿态稳定(或定点)等,但无人机还是需要通过人员遥控操纵。半自主控制方式多旋冀无人机的飞行需逼控操纵，无需地面站，大多属于航模范畴或玩具类。(2)全自主控制方式:全自主控制方式是指自动驾驶仪的控制算法能够完成多旋翼无人机航路点到航路点的位置控制以及自动起降等。在这种控制方式下，多旋翼无人机可以在无人驾驶的条件下完成复杂的空中飞行任务和搭载各种负载任务，可以被看作是“空中机器人”。概述4)按控制方式划分46概述5)按市场定位划分多旋冀无人机按其应用市场定位级别，包括机型、动力、航时载重和售价等，可以划分为以下三种。(1)工业级:大中型多旋翼无人机，大多为油动变距型，旋翼直径较大，具有大续航时间和大载重，主要用于包括农业、林业、物流电力安防、警用、消防、测绘、巡逻搜救监测，以及排爆扫雷、对地攻击等民用和军用的广泛应用领域，售价为几十万、几百万或几干万元。概述5)按市场定位划分47概述(2)商用级:大中小型多旋翼无人机，大中型大多为油动变距型,小型大多为电动变速型，航时、载重和售价介于工业级和消费级之间，售价为十几万或几十万元。(3)消费级:微微型、微型和轻型多旋翼无人机，大多为电动变速型，空气螺旋桨直径小，结构简单、造价低航时短、载重小，属于航模和玩具性质，比较适合个人使用，售价为几千或儿万元。概述(2)商用级:大中小型多旋翼无人机，大中型大多为油动变距48概述6)按有无载客能力划分按这种方法可将多旋翼无人机划分为可载人和不可载人两类，其中可载人的类型称为载人多旋翼飞行器.或称为多旋翼客机，主要用作便捷的空中交通运输T具，特别适合于山区草原、农牧场、海岛等交通不便利的地区，以及用来解决大城市地面道路拥堵的难题。概述6)按有无载客能力划分49概述1.4多旋翼无人机的发展历程和市场前景1.4.1多旋翼无人机的发展历程1.探索阶段:20世纪90年代初之前归纳起来，多旋翼飞行器在技术探索阶段遇到的主要障碍有:(1)惯性导航系统休积庞大，重达数十千克.难以应用在小型飞行器上;(2)电了自动控制系统不成熟;(3)电子计算机体积大，运算速度慢。概述1.4多旋翼无人机的发展历程和市场前景50概述2.奠基阶段:20世纪90年代初至2005年在这阶段，相关的市大成果主要有:(1)MEMS惯性导航系统成熟.重量只有几克;(2)MEMS去噪声的数学算法成熟;(3)出现了运算速度快体积小、重量轻的电子计算机(单片机)。概述2.奠基阶段:20世纪90年代初至2005年51概述3.起步阶段:从2005年至2010年4.大发展阶段:从2010年开始2010年是多旋翼无人机大发展的元年。在这一年，法因的Parrot公司经过6年努力(2004~2010年)发布了世界上第款真正受到大众关注的4旋翼无人机AR.Dronc,它不仅控制简单，可实现悬停，还可以通过WiFi将所搭载相机拍摄到的图像传送到手机上，并开放了AP1接口供科研人员开发应用。AR.Dronc性能非常优秀，轻便灵活、操作便捷，最终大获成功。概述3.起步阶段:从2005年至2010年52概述1.4.2多旋翼无人机市场1.多旋翼无人机市场商机无限从多旋粪无人机的应用领域上来看.其已经由原来以微轻型无人机发烧友和爱好者为主的娱乐功能问航拍搜教物流、消防、监测运输等领域发展市场空间大大拓展。(1)娱乐功能。娱乐功能主要看重微轻型多旋翼无人机的飞行稳定性，技术上难度不大，价格便宜。搭载摄像功能的多旋翼无人机可以说是“会飞的照相机”，它前所末有地将人们的视野拓展￥高空随时随地拍摄出荒撼无比的鸟瞰照片及炫酷视频，吸引了无数消费者的目光。娱乐功能作为多旋翼无人机应用的“前头兵”，对于蔡个行业的初期发展功不可段。概述1.4.2多旋翼无人机市场53概述(2)航拍功能。航拍功能要求多旋翼无人机的稳定性、续航能力和装載能力，目前已经得到广泛重视，并由此产生了专门的航拍产业。例如，好莱坞原来使用直升机拍摄电影，租金高达每小时2万美金，面使用多旋翼无人机以后，成本大大降低。(3)搜寻功能。搜寻功能要求多旋翼无人机能够识别目标并发回反馈，灾难预防则要求多旋翼无人机能够处理地面数据，在技术上的要求比较高，但是市场潜力很大。概述(2)航拍功能。54概述(4)物流功能。物流功能要求多旋翼无人机能安全稳定地飞行，准确识别目标，并能应对途中各种突发情况，技术要求最高，但物流效率会得到极大提升，其市场空间很大。例如亚马逊PrimeAir服务利用小型多旋翼无人飞行器drones,送货速度可以达到50英里小时。(5)消防功能。消防功能包括火情探在、现场监视、消防灭火、消防抢险、灾害救援等，其中高层建筑的消防救火是世界性难题，使用多旋翼无人机可有效解决这个难题。多旋冀无人机可以携带高压水枪、无后座力空气炮、脉冲水雾炮，投掷消防器材、救援器材等，飞到高空近距离进行灭火救灾作业。概述(4)物流功能。物流功能要求多旋翼无人机能安全稳定地飞行55概述(6)警用功能。多旋翼无人机可以携带摄像、红外及图像传输装置，于空中实施近距离实时监控，同时可以携带抓捕网枪、催泪瓦斯等从空中进行远距离抓捕罪犯，以及处理反恐防暴、失踪人员搜寻、落水人员救牛、群发突发事件监视、现场处理等工作。(7)植保功能。植保功能是指多旋翼无人机应用于农业梢保，为大面积衣产品种植提供农药、化肥唢撒服务，以及进行农作物生长情况监测牧群监测与驱赶等作业。概述(6)警用功能。多旋翼无人机可以携带摄像、红外及图像传输56概述(8)巡测及其他功能。巡测及其他功能包括多旋翼无人机应用于电力部门的输电线路建设巡查和维护;石油输油管路巡视監测和安企保护;森林护林防火巡视监测;海关与税收部门的非法走私监视、边界巡逻;海岸幣卫的海面搜了、海岸巡逻等。(9)交通运输功能。随者载人型乡能翼无人机的快速发展，载人的多旋翼无人机作为人们出行用的一种新型的航空交通运输工具。具有可在自家后院或家门口起飞降落、飞行速度快、在途时间短以及安全可靠、舒适便捷等许多优点。可以预见到不久的将来，载人型多旋翼无人机会像小汽车一样普及。概述(8)巡测及其他功能。巡测及其他功能包括多旋翼无人机应用57概述2.国内外多旋奚无人机发展现状的对比分析纵观当下多旋翼无人机的国际市场，尽管国际巨头纷纷布局多旋翼无人机行业，但是在这快速成长的市场中，中国多旋其无人机企业无论在技术上还是销量上，都已经占据了绝对的主导地位，相关统计资料数据表明，中国多旋粪无人机出口已占据全球90%的市场。概述2.国内外多旋奚无人机发展现状的对比分析58概述1)人才培养人力资源是人世间最宝贵的资源，任何事业要想求得大的发展，最重要的是必须以“造就人”作为根本。当前我国多旋翼无人机事业蓬勃发展、兴旺发达的局面，主要得益于国家对高科技人才培养工作的高度重视。在国内有关学术研究方面，国防科技大学在2004年即开始了对微型多旋翼飞行器的研究并进行了一系列的建模和实践:哈尔滨工业大学、南京航空航天大学、西北工业大学等高校也在该领域相继进行了较多的实验和探索。概述1)人才培养59概述2)软件技术中国多旋粪无人机企业如大疆创新、零度智控等公同大都发源于高校及军事院所在技术上具有较多的储备。加上国内企业发世相关软件和算法时间较早，所以占据了先发优势，使得后来行业兴起时国内企业能够“一步早”而“步步早”，在技术上领先国外企业。概述2)软件技术60概述3)硬件成本从硬件上来说，微轻小型多旋翼无人机(航模)其实壁垒并不高，主要是一些精密零件的组装和空气动力学的设计。借助于国内完善的电子元器件供应链，中国多旋翼无人机企业能够以较低的成本生产和销售产品，大大提高了产品的性价比。概述3)硬件成本61概述1.5.1航空空域的划分空域是国家资源，事关国家主权受到军队的严密控制、保护和管理。和平时期，为了保证飞行安全及提高运行效率，航空器运行的空间被划分为各类空域，用以规范航空器的运行行为及相应的空中交通服务。空域管理与使用是面向公众的公共服务，以保隙空域得到合理、充分和有效的利用。概述1.5.1航空空域的划分62概述1.民用航空空域划分我国民用航空空域划分为以下几类。(1)飞行情报区。飞行情报区是为了提供飞行情报服务和告警服务而划定范围的空间。全国共划分为沈阳北京、上海、昆明、广州、武汉、兰州、乌鲁木齐、三业、香港和台北11个飞行情报区.(2)管制空域。管制空域是个划定的空间，在其中飞行的航空器要接受空中交通管制服务。根据所划空域内的航路结构和通信导航气象监视能力，我国将管制空域分为A、B.C.D4类概述1.民用航空空域划分63概述(3)禁区。禁区是禁止航空器飞行的一个划定范围的空域。禁区的设置通常是为了保护重要的国家设施、工业集团(避免由于航空器事故引起灾难性的后果，如核电站、敏感的化工集团)或者是关系到国家安全保卫的特别敏感的设施。(4)限制区。限制区是在-个国家的陆地或领海上空根据某些规定条件限制航空器飞行的一-个划定范围的空域，如飞行空域、炮射区、靶场等。概述(3)禁区。禁区是禁止航空器飞行的一个划定范围的空域。64概述(5)危险区。危险区是一个划定范围的空域，在规定的时间内此空域中可能存在对飞行有危险的活动。危险区不仅可以在主权空域内设置，也可以在公海上空等非主权空域内设置，但应公布时间和高度范围，以及设置危险区的原因。(6)航路。在我国，航路的宽度(即航路保护区的宽度)为航路中心线两侧各10千米。(7)航线。满足定期航班需求而尚未建立航路的航线称为固定航线;由于临时性的航空运输或通用航空飞行的需要在航路和固定航线之外飞行的航线称为临时航线。航线导航设备不能保证航空器进行IFR飞行时,应进行VFR飞行。概述(5)危险区。危险区是一个划定范围的空域，在规定的时间内65概述2.低空空域划分民用航空飞行高度一般在6000米以上。低空空域指的是1000米以下的飞行区域。我国已经开放低空空城，给广大老百姓的私人飞行器(包括有人驾驶和尤人驾驶的飞行器)使用，以发展繁荣我国的航空业。低空空域划分为管制空域监视空城报告空域三类,其准人条件如下。概述2.低空空域划分66概述(1)管制空域。飞行计划获得许可;航空然配备甚高频通信设备、高精度高度表、二次雷达应答机和广播式自动相关监视设备(ADSB);无线电保持持续双向畅通;民用航空器驾驶员实施口视飞行最低应持行私人执照或达动执照、学生执照，实施仪表飞行最低应持有私人执照。(2)监视空域。飞行计划已报备;航空器配备甚高频通信设备和广播式自动相关监视设备:无线电保持持续双向畅通;民用航空器驾驶员最低应持行运动执照或学生执照;空城内飞行航空器空速不大于450F米/小时。(3)报告空城。飞行计划已报备，民用航空器驾驶员最低应持有运动执照或学生执照;空域内飞行航空器空速不大于450千米/小时。概述(1)管制空域。67概述3.无人机飞行空域划分和分类管理1)无人机飞行空域划分它包括多旋翼无人机在内的无人机飞行空城主要依靠完善的法规和制度、科学的空域划设、灵活的飞行程序、共享的信息平台、准确的通信和监视来进行管理。概述3.无人机飞行空域划分和分类管理68概述(1)视距内运行(VisualLineofSightoperations,VLOS);无人机驾驶员或观测员与无人机保持直接目视视觉接触的操作方式，无人机处于驾驶员或观测员目视视距内半径我:500米，相对高度低于120米的飞行区域内。(2)超视距运行(ExtendedVL.OS,EVLOS):无人机在目视视距以外的运行。(3)融合空域:是指有其他有人驾驶航空器同时运行的空域。(4)隔高空城:专门分配给无人机运行的空域，通过限制其他航空器的进人以规避碰撞风险。概述(1)视距内运行(VisualLineofSigh69概述(5)人口稠密区:是指城镇、乡村、繁忙道路或大型露天集会场所等区域。(6)重点地区:是指军事重地、核电站和行政中心等关乎国家安全的区城及周边，或地方政府临时划设的区域。(7)机场净空区:也称机场净空保护区域，是指为保护航空器起飞、飞行和降落安全，根据民用机场净空障碍物限制图要求划定的空间范围。概述(5)人口稠密区:是指城镇、乡村、繁忙道路或大型露天集会70概述2)无人机飞行管理的分类民用无人机划分为7类,除了按重量，将空机重量≤116千克和起飞全重≤150千克的无人机分为4类以外，还设定植保类无人机为V类无人机，无人飞艇为V类无人机，100米之外超视距运行的I、I类无人机为VII类无人机。概述2)无人机飞行管理的分类71概述3)无须证照管理的无人机(1)I类无人机(空机重量和起飞全重小于1.5千克)。(2)在室内拦网内等隔离空间运行的无人机。概述3)无须证照管理的无人机72概述4)无人机飞行管理的要求(1)无人机云系统(简称无人机云):是指轻小型民用无人机运行的动态数据库系统，用于向无人机用户提供航行服务、气象服务等,对民用无人机运行数据(包括运营信息、位置、高度和速度等)进行实时监测。接人系统的无人机应即时上传飞行数据，无人机云系统对侵人电子围栏的无人机具有报警功能。(2)电子围栏:是指为阻挡即将侵人特定区域的航空器，在相应电子地理范围中画出特定区域，并配合飞行控制系统、保障区域安全的钦硬件系统。(3)主动反馈系统:是指运营人主动将航空器的运行信息发送给监视系统。概述4)无人机飞行管理的要求73概述(4)被动反馈系统:是指航空器被雷达ADSB系统北斗等手段从地面进行监视的系统,该反馈信息不经过运营人。(5)民用无人机驾驶员资格要求:民用无人机驾驶员应当根据其所驾驶的民用无人机的等级分类、符合《民用无人驾驶航空器系统驾驶员管理暂行规定》(AC-61-FS2013-20)中关于执照、合格证、等级、训练、考试、检查和航空经历等方面的要求。(6)禁止酒驾:民用无人机驾驶员在饮用任何含酒精的液体之后的8小时之内或处于酒精作用之下或者受到任何药物影响及其工作能力对飞行安全造成影响的情况下，不得驾驶无人机。概述(4)被动反馈系统:是指航空器被雷达ADSB系统北斗等手74概述1.5.2与民用多旋翼无人机飞行相关的法律问题1.空域限制的法律问题2.民用多旋翼无人机适航法律问题3.民用多旋翼无人机安全责任问题4.民用多旋翼无人机的隐私权问题概述1.5.2与民用多旋翼无人机飞行相关的法律问题75概述1.5.3民用多旋翼无人机飞行管理文件无规矩不成方圆包括民用多旋冀无人机在内的无人机产业要想走向成熟，首先要解决的便是行业标准的建设与完善问题。为此，我国民航局已经颁发了多个管理文件，主要涉及空域飞行管制、航空器适航性审定、航空器驾驶人员审核和航空作业许可4个方面.概述1.5.3民用多旋翼无人机飞行管理文件76概述1.《通用航空飞行管制条例》2003年5月1日，我国开始施行《通用航空飞行管制条例》。该条例明确规定无人机用于民用业务飞行时，必须当作通用航空飞机对待。我国通用航空的法规是相对完整的，民用无人机市场完全可遵照现有相关通用航空法规框架进行发展。从2005年开始,按民航部门的要求，无人机都必须加装空管应答机并具备防撞功能。概述1.《通用航空飞行管制条例》77概述2.《民用无人机空中交通管理办法》2009年6月26日，民航局空中交通管理局颁发《民用无人机空中交通管理办法》(MD-TM2009-002)，该办法对民用无人机飞行活动进行了管理，规范了空中交通管理的办法，保证民用航空活动的安全.制定了民用无人机空中交通管理的有关规定。该文件作为我国现阶段民用无人机控制交通管理办法.对无人机的空域管理、空中交通管理、无线电频率和设备的使用等方面给出了明确的要求。概述2.《民用无人机空中交通管理办法》78概述3.《关于民用无人机管理有关问题的暂行规定》2009年6月4日，民航局颁发了《关于民用无人机管理有关问题的暂行规定》(ALD2009022)。作为对民用无人机的过渡性管理办达，该规定要求民用无人机申请人办理临时国籍登记证和I类特许飞行证;并要求结合实际机型特点，按照现行有效的规章和程序的适用部分对民用无人机进行评审。制定的现阶段评中的基本原则是:(1)进行设计检查，但不进行型号合格审定.不颁发型号合格证;(2)进行制造检查，但不进行生产许可审定，不颁发生产许可证;(3)进行单机检香，但不进行单机适航审查，不颁发标准适航证。概述3.《关于民用无人机管理有关问题的暂行规定》79概述4.《民用无人机适航管