固定翼无人机组装调试与飞行实训 课件 项目4、5 在航模中加入智能控制、垂起固定翼超视距飞行训练

项目四在航模中加入智能控制（实训8学时）MissionPlanner地面站软件安装与应用（1学时）；APM飞控及其固件刷新（1学时）；APM飞控校准（2学时）；飞控机上安装与参数设置（4学时）。掌握MissionPlanner地面站功能、软件安装及初步使用；复述APM飞控功能及各接口含义，学会固件刷新和飞控校准的正确方法；熟练进行APM飞控的机上安装及其电源模块、飞行模式、解锁和失控保护等重要参数设置；对加入飞控的固定翼进行飞行测试，感受其与航模在飞行控制上的不同（可选）。主要实训内容训练要求与目标项目四在航模中加入智能控制（实训8学时）本项目旨在利用上一个项目中已装调完成的航模（也可以另选其它机型）作为飞行平台，通过在机上加装飞控和导航设备、在地面选配合适的地面站软件，构建一套相对简易的轻微型固定翼无人机系统，实现自主控制飞行；项目选用目前市场上常见且被众多发烧友主流使用的MissionPlanner地面站、APM飞控及与其相适配的GPS和数传电台等作为主训内容，为后续进一步学习和工作储备基础技能；项目为理实一体教学，按实训课组织：任务下达→讲解示范→分组训练→总结讲评。训练内容均可在室内进行，两人一组。APM飞控由实训室提供，配套地面站软件的笔记本电脑建议学生自备，便于课后将课堂内容复盘学习；本课件只是主讲教师讲解示范环节的思路提示，其它实训环节参照上一个项目，主体思路可改以体现教师个人授课风格。项目教学说明1MissionPlanner地面站初识1-1MPlanner地面站功能基本功能：1.对APM/PIX进行烧录固件2.安装、配置和优化参数3.规划航点任务，可以使用google地图或者其它地图4.下载和分析飞行日志5.使用专用的PC飞行模拟软件接口，进行硬件模拟飞行。MissionPlanner是一个免费的、开源的、由社区支持的无人机地面站控制软件，由开源飞控APMautopilot项目组开发，现已成为一款基于Windows平台运行的APM/PIX飞控的专属地面站。拓展功能（与数传电台连接后）：1．实时发送飞行控制指令，上传新的任务命令和设定参数。2．在行驶过程中实时显示和监控飞行器状态，包括无人机位置和各种遥测参数等。3．记录遥测日志，其中包含详细的机载自动驾驶仪信息，并对遥测日志进行查看和分析。4．有图传时可显示航拍实时视频，并在在FPV（第一人称视角）中控制飞行器。1MissionPlanner地面站初识1-2下载与安装先下载并安装.NetFramework组件（建议4.0以上版本），再下载并安装MissionPlanner（建议MSI版），详细步骤见教材。两点说明：为什么要先下载NetFramework组件？NETFramework就是微软WebServices引擎，旨在实现下列目标：1.提供一个一致的面向对象的编程环境，而无论对象代码是在本地存储和执行，还是在本地执行但在Internet上分布，或者是在远程执行的。2.提供一个将软件部署和版本控制冲突最小化的代码执行环境。3.提供一个可提高代码（包括由未知的或不完全受信任的第三方创建的代码）执行安全性的代码执行环境。4.提供一个可消除脚本环境或解释环境的性能问题的代码执行环境。5.使开发人员的经验在面对类型大不相同的应用程序（如基于Windows应用程序和基于Web应用程序）时保持一致。MissionPlanner安装程序有MSI版和ZIP版：MSI版为应用程序安装包版，安装过程中会同时安装APM的USB驱动，安装后插上APM的USB线即可使用。ZIP版为绿色免安装版，解压缩即可使用，但是连接APM后需要手动安装APM的USB驱动程序，驱动程序在解压后的Driver文件夹中。1MissionPlanner地面站初识1-3相关界面认知六个主菜单按钮HUD地平仪窗口功能选择窗口10个连接飞控飞行轨迹显示窗口坐标显示1MissionPlanner地面站初识1-3相关界面认知飞行数据界面飞行计划界面初始设置界面配置调试界面（1）空速，如果没有安装空速传感器，则为地速；

（2）偏航距和转弯速率（T）；（3）航向角；

（4）倾斜角；

（5）无线遥测信号连接强度；

（6）GPS时间；

（7）相对高度，蓝条表示爬升速度；

（8）空速；

（9）地速；

（10）电池状态，分别是电压、电流、电量；

（11）仿真地平仪；

（12）飞机姿态；（13）GPS状态；

（14）当前航点编号>与当前航点的距离；

（15）当前飞行模式。HUD窗口：地平仪显示窗口（HeadUpDisplay，简称HUD），与有人机的飞机仪表盘相似，以图形和数字的方式综合显示飞机的重要参数。该窗口大小可用鼠标在右边界出现“‖”时拖拉调整。1MissionPlanner地面站初识1-3相关界面认知飞行数据界面飞行计划界面初始设置界面配置调试界面功能窗口之“快速”栏功能窗口之“动作”栏功能窗口之“起飞前检查”栏功能窗口之“状态”栏1MissionPlanner地面站初识1-3相关界面认知飞行数据界面飞行计划界面初始设置界面配置调试界面功能窗口之“虚拟仪表”栏功能窗口之“舵机”栏功能窗口之“遥测日志”栏功能窗口之“数据闪存日志”栏功能窗口之“脚本”栏功能窗口之“消息”栏1MissionPlanner地面站初识1-3相关界面认知飞行数据界面飞行计划界面初始设置界面配置调试界面用于规划飞行任务，包括对每个航点的高度控制，待留时间，相机触发、各种条件触发、通道触发、甚至自动起飞和降落规划等等，比较适合做测绘任务规划。1MissionPlanner地面站初识1-3相关界面认知飞行数据界面飞行计划界面初始设置界面配置调试界面用于对飞控固件的安装与升级以及一些基本设置。1MissionPlanner地面站初识1-3相关界面认知飞行数据界面飞行计划界面初始设置界面配置调试界面包含了对飞控进行详尽的PID调节、参数调整等菜单，可以进行相关参数检查与修改。在该界面的“Planner”菜单用以进行MP地面站显示设置。功能特点硬件构成接口介绍使用要求2APM飞控及其固件刷新2-1APM飞控初识1.APM是ArduPilotMega的缩写，APM飞控是一款基于Arduino平台完全免费开源的自动驾驶控制器，可应用于固定翼、直升机、多旋翼、地面车辆等，同时还可以搭配多款功能强大的地面控制站软件（支持Windows、Mac和Linux）使用，并通过地面站在线升级固件、调参。什么是Arduino平台？Arduino是一个开放源代码的单芯片微电脑，它使用了AtmelAVR单片机，采用了基于开发源代码的软硬件平台，构建于开放源代码simpleI/O接口板，并且具有使用类似Java、C语言的Processing/Wiring开发环境。功能特点硬件构成接口介绍使用要求2APM飞控及其固件刷新2-1APM飞控初识2.APM使用一套全双工的无线数据传输系统（采用MAVLink协议）在地面站与自驾仪之间建立起一条数据链，即可组成一套无人机自动控制系统。运用ArduPilot系统，能够低成本快速地进行小型无人机应用开发。什么是MAVLink协议？MAVLink是MicroAirVehicleLink的缩写，是一个用于小型无人机的通信协议。它是一个只有头文件信息的类型库列集，MAVLink最早以LGPL协议在2009年发布。主要被用于地面站与无人机间通信，可以用来传递方向、GPS位置、速度等信息。功能特点硬件构成接口介绍使用要求2APM飞控及其固件刷新2-1APM飞控初识1.核心微控制单元（MCU）采用ATMEL的8bit的ATMEGA25602.整合三轴陀螺仪与三轴加速度的六轴微机电系统（MEMS）传感器MPU6000，配合三轴磁力计或GPS测得方向数据进行校正，实现方向余弦算法，计算出飞机姿态3.高度测量采用高精度数字空气压力传感器MS-5611，测量空气静压，用以换算成高度4.三轴磁力计HMC58835.8路PWM控制输入6.11路模拟传感器输入7.11路PWM输出（8路电调电机+3路云台增稳）8.板载16MB的AT45DB161D存储器功能特点硬件构成接口介绍使用要求2APM飞控及其固件刷新2-1APM飞控初识可扩展选接设备：1.GPS模块可选MTK3329级支持ublox输出的NEO-6M、7M、LEA-6H等，测量飞机经纬度、高度、航迹方向（track）、地速等信息；2.可屏蔽板载PPM解码功能，外接PPM解码板或外接PPM接收机；3.可屏蔽板载罗盘，通过I2C接口只用外置罗盘；4.可选接OSD模块，将无人机姿态、模式、速度、位置等重要数据叠加到图像上并实时回传；5.可选接空速、电流电压、超声波测距、光流定点等各类传感器；6.可扩展其它UART、I2C、SPI设备。功能特点硬件构成接口介绍使用要求2APM飞控及其固件刷新2-1APM飞控初识1.数传接口；

2.模拟传感器接口；

3.增稳云台输出接口；4.ATMEGA2560SPI在线编程接口，可用于光流传感器；

5.USB接口；6.遥控输入；

7.功能选择跳线；

8.GPS接口；

9.I2C外接罗盘接口；10.ATMEGA32U2SPI在线编程接口；11.多功能可配置MUX接口，默认为OSD输出接口；12.电流电压传感器接口；13.

电调供电选择跳线；14.电调输出接口。功能特点硬件构成接口介绍使用要求2APM飞控及其固件刷新2-1APM飞控初识盖上盖子后的正面接口情况，以及输入或输出端的直针和弯针两种形式。功能特点硬件构成接口介绍使用要求2APM飞控及其固件刷新2-1APM飞控初识APM背面接口：（1）SPI的MISO电压选择；（2）PPM输入选择；（3）MUX接口功能选择。功能特点硬件构成接口介绍使用要求2APM飞控及其固件刷新2-1APM飞控初识1.供电：（1）APM飞控为5V供电，最高不要超过5.5V；（2）APM板上的两片0.5A自恢复保险只对USB接口、电调接口和PM电流电源传感器接口输入的5V电源有效；（3）推荐使用带UBEC的电调或者带UBEC输出的电流电压传感器进行供电，使用这两处接口供电，要将板上标记JP1的排针用一个2.0跳线帽插上；（4）多个带UBEC输出电调都插上的话存在输出并联的情况，如果电调使用的是开关型稳压模块，那么建议只用一个电调的UBEC输出对APM供电，其它电调的正极线用挑针从3P杜邦头中挑出，而使用线性稳压模式的电调可以并联，不需要挑线。2．通讯连接：不要同时使用数传和USB线连接调试APM。3．减震：请尽量使用一个减震平台来安装APM主板。4．气压计遮光：尽量在气压计上覆盖一块黑色海绵用来遮光，避免高精气压计对温度的变化过于敏感。2APM飞控及其固件刷新2-2固件刷新什么是固件？固件（Firmware）就是数码产品最基础、最底层工作的软件，一般存储于设备中的电可擦除只读存储器EEPROM或FLASH芯片中，可通过特定的刷新程序进行安装与升级。APM飞控的性能及功能由内置的固件所决定，升级固件可以完善飞控的功能、增强稳定性、修补漏洞。固件刷新步骤：1．APM与电脑USB连接：飞控加电并便于被电脑识别端口COMx；2．打开MissionPlanner地面站软件；3．APM与MP通信连接：选择COMx端口，波特率选择115200；4．固件刷新：在主菜单栏点击“初始设置”选项，选择手动模式（InstallFirmware），在右侧窗口中选择固定翼，MP就会自动从网络上下载该固件，然后自动完成连接APM→写入程序→校验程序→断开连接等一系列动作；5．检验：查看APM实时运行姿态与数据。3APM飞控校准APM固件下载后，要做遥控器校准、加速度校准、罗盘校准，如果不做，后续的解锁是不能进行的，MP的姿态界面上也会不断弹出红色提示：PreArm：RCnotcalibrated（解锁准备：遥控器没有校准）PreArm：INSnotcalibrated（加速度没有校准）PreArm：Compassnotcalibrated（罗盘没有校准）注意1：APM刷固定翼，通电后，指示灯：红蓝快闪-红慢闪-红亮-蓝亮（若GPS卫星接收小于5个，蓝灯为慢闪）。这里APM刷的是固定翼固件，所以红灯亮，如果刷的是多轴无人机固件则为红蓝慢闪。注意2：调校时最好不要接电机，即使接了电机也不要装螺旋桨，以保证安全。3APM飞控校准无线数传和MicroUSB连接线都可以实现APM与MP之间数据下载与上传，但优先权不如USB连接。3-1无线数传通信连接步骤一：两种常见数传的连接方式。3DR数传机载端需TTL转USB刷机小板接到飞控，地面端通过USB接到电脑；V5机载端和地面端通用。3DR无线数传V5无线数传步骤二：数传COM端口确认。3APM飞控校准3-1无线数传通信连接步骤三：连接。打开MP地面站，数传连上电脑USB口，右上角选择正确的数传端口，传输速率选57600，点击MP的连接，即可实现地面站和飞控通过数传通信使用。注意：如果数传版本不对或原本不是一对的数传需要进行配对使用时，必须对固件进行刷新或重新设置。3APM飞控校准步骤一：APM与MP线路连接。USB连接和数传电台连接均可。3-2遥控器校准步骤二：选择遥控器校准。顺序点击“初始设置”>>“必要硬件”>>“遥控器校准”，出现各输入通道的绿色条，长短对应其PWM值。各通道与遥控器对应关系分别是：Roll横侧(1通道)、Pitch俯仰(2通道)、Throttle油门(3通道)、Yaw偏航(4通道)、Radio8飞行模式(5通道)、Radio6(6通道)、Radio7(7通道)。步骤三：校准遥控器，保存。拨动遥控开关，使每个通道的红色提示条移动到上下限的位置且方向正确；然后点击ClickwhenDone保存。3APM飞控校准步骤一：APM与MP线路连接。USB连接和数传电台连接均可，注意正确的机头朝向。3-3加速度计校准步骤二：选择加速度校准。顺序点击“初始设置”>>“必要硬件”>>“加速度计校准”，然后按提示进行方位校准。步骤三：校准后检验。进入“飞机数据”界面，将APM平放，利用仿真地平仪检验。水平level位置校准左侧Left位置校准右侧Right位置校准头下nosedown位置校准头上noseup位置校准背面back位置校准校准完成3APM飞控校准步骤一：APM与MP线路连接。USB连接和数传电台连接均可，注意正确的机头朝向。3-4磁罗盘校准步骤二：选择磁罗盘校准。顺序点击“初始设置”>>“必要硬件”>>“指南针”，在右边校准窗口点击“内置罗盘”栏，再点击“现场校准”开始进入罗盘的校准操作。步骤三：开始内罗盘校准。在60秒内转动APM，每个轴至少转一次；转动过程中，带红、蓝、白点的三轴图跟着转动，白点会逐渐减少并消失，蓝点会越来越多，组成一个球面，同时进程条数字逐渐变大，测量点越来越多。3APM飞控校准3-4磁罗盘校准步骤四：磁罗盘校准完成。当测量样本点达到一定量时就会提示退出进程窗口（自动和人工两种方式），显示校准成功，点击“ok”，并给出三轴的磁偏量，磁偏量数字绿色表示有效，红色表示无效。步骤五：检验。进入“飞行数据”界面，转动APM飞控，检查航向角是否正确。外罗盘校准：在APM断电时，将GPS两个接线头分别插到I2C外接罗盘接口和GPS接口上，拔下JP2跳线帽（APM插上JP2跳线帽则内罗盘内有效，拔下则外罗盘有效），再安内罗盘校准步骤进行。注意：罗盘校射和检验过程中必须远离磁干扰！4APM机上安装与参数设置4-1固定翼飞行模式固定翼飞行模式罗列：（具体含义参见教材陈述）MANUAL手动模式（纯手动，航模）STABILIZE简单增稳模式（飞控简单增稳）FBWA线性A增稳模式（最手最佳模式）FBWB线性B增稳模式（定高）CRUISE巡航模式（增加了锁向功能，适合远距离FPV飞行）LOITER定点模式（以当前位置为圆心定高绕圈）AUTO自动模式（根据地面站航点飞行）RTL自动返航模式（自动回家）Takeoff起飞模式Land降落模式4APM机上安装与参数设置4-1固定翼飞行模式遥控器飞行模式通道设置：在控上选择一个2档开关和一个3档开关，进行关联设置，组合得到6个不同档位，使得设置好后：当2档开关处于第0档位时：3档开关的0/1/2档，分别对应模式1/3/5当2档开关处于第1档位时：3档开关的0/1/2档，分别对应模式2/4/6设置方法（具体型号遥控器设置方法详见教材陈述）：遥控器与APM联通，APM与MP联通；一般以遥控器的第五通道作为模式切换控制通道（固定翼是第八通道），当输入的PWM值分别在0-1230，1231-1360，1361-1490，1491-1620，1621-1749，1750+这六个区间时，每个区间的值就可以开起一个对应的飞行模式，推荐的六个PWM值是1165，1295，1425，1555，1685，1815。也可只用3档开关设置3个飞行模式，则须对应模式1/3/5或2/4/6。4APM机上安装与参数设置4-1固定翼飞行模式MP地面站飞行模式通道设置：（1）连接MP与APM；（2）点击:配置调试>>FlightModes；（3）配置飞行模式1-6；

（4）点击保存模式。参考：1#

MANUAL；2#FBWB；3#STABILIZE；4#LOITER；5#FBWA；6#RTL。4APM机上安装与参数设置4-2安装与检查APM飞控机上安装：1.在机身左侧与APM的Micro-USB口对应位置挖孔，便于后续飞控调参时连接Micro-USB接口；2.将接收机与APM的INPUTS口连接；3.用烙铁在机翼中轴、中翼舵机略后位置烫穿一个圆孔，将GPS线穿过圆孔连接到APM上，GPS用双面胶粘贴与机翼背部，注意GPS箭头沿中轴线指向机头前方；4.将舵机线、电调BEC线与APM的OUTPUTS口连接；5.将电源模块的BEC接头插入APM的PM接口，电源模块的输出端与电调的输入端连接（无电源模块直接跳过）；6.将APM飞控底部贴上双面贴，粘在第3舱底部，注意APM箭头与机身平行且指向机头；接收机粘到机舱内侧壁上。此步APM用缓冲座粘于机舱底部也可以。4APM机上安装与参数设置4-2安装与检查飞控安装后检查：1.开遥控器，油门最小、微调归零，飞行模式置于“Manual”或“Stabilize”位置；2.打开MP地面站，将APM与MP连接，遥控器对频；3.飞机加电：电池与电调输入端连接；4.检查遥控器通道和舵面方向是否一致，不一致重新调参：（1）副翼摇杆：左打-副翼左上右下，右打-副翼右上左下；（2）升降摇杆：上推-升降舵上偏，下拉-升降舵下偏；（3）油门摇杆：推油门杆电机不转（因飞控未解锁）；（4）方向摇杆：左打-方向舵左偏，右打-方向舵右偏。5.检查飞行模式：扳动飞行模式开关，MP上飞行模式跟随变动，无人机舵面会有轻微动作；6.在Manual飞行模式下，检查各舵面是否在中位，如果不对则调整；7.检查完毕后系统断电。4APM机上安装与参数设置为什么要设置解锁/锁定？解锁目的是启用电机，即在解锁之前电机将无法启动（油门控制无效）。所以设置解锁/锁定主要是防止：1.当飞行员没有准备好飞行时，防止电机转动（一个安全功能）；2.在飞控完全配置好并准备飞行之前，防止起飞。4-3解锁/锁定解锁参数设置：三个，可在“全部参数表”中设置。1.ARMING_REQUIRE：是否设置锁定/解锁，1、2设置，0不设置（即无人机上电推油门电机就可以转动），默认为1。2.ARMING_CHECK：解锁之前是否检查重要参数，默认为1。3.ARMING_RUDDER：设置飞控解锁和锁定的方向摇杆操纵方式，可选0（遥控器不能上锁/解锁，只能通过地面站进行上锁/解锁）、1（“油门最小+方向最右”打杆解锁）、2（“油门最小+方向最右/左”均可打杆解锁，固定翼无此功能，多旋翼才有），默认为1。解锁/锁定操作：1.用遥控器解锁：方向杆打到最右，同时油门杆打到最低保持3秒，解锁成功；2.用地面站解锁/锁定：按下“解锁/锁定”按键，按一次解锁，再按为锁定，如此循环。4APM机上安装与参数设置具体含义：对飞控进行遥控器失控保护设置，告诉飞控在遥控器失控时如何进行后续飞行控制。4-4失控保护遥控器失控保护电池低电压保护地面站失控保护设置原理：在飞控内设置一种或几种针对遥控器失控的应急方案。当接收机接不到发射机信号时，第三通道会发送一个比最低PWM值还低的信号（非正常油门信号），为防止因PWM波动造成飞控“误会”，飞控设定了一个小于最低油门PWM1016的阈值（默认为950），即飞控收到第三通道比950更低时，就认为遥控器失控并切换到保护模式。所以，失控信号（不低于910）<阈值（950）<1016。触发条件：1．飞机超出RC遥控通讯范围；2．遥控器意外关机；3．接收机故障，不能接收遥控信号。4APM机上安装与参数设置4-4失控保护遥控器失控保护电池低电压保护地面站失控保护设置方法：1．连接地面站、APM飞控和接收机，遥控器开机且已对频；2．进入MP的“初始设置”>>“必要硬件”>>“失控保护”，勾选“电台”下的“故障保护Pwm”，检查或调整油门阈值为合适值；3．检查油门，摇杆最低位，油门微调为零；4．进入遥控器的“参数设置”>>“高级设置”>>“失控设置”，移动图标到“油门”，通过油门微调，使“Radio3”下面的PWM比油门阈值低10以上，但大于910，然后按确认，使该值保存到接收机里，同时遥控器上显示失控设置的油门PWM百分比约为-4.7%；5．退出遥控器参数设置，使油门微调恢复到零。验证：1．开自稳模式或手动模式；2．关闭遥控器，第三通道应变为设定失控信号（971），飞行模式切换到Circle，5秒后变为RTL且无法改变；3．打开遥控器，RTL不变，但改变一下飞行模式，RTL模式退出，表示失控保护设置成功。4APM机上安装与参数设置4-4失控保护遥控器失控保护电池低电压保护地面站失控保护设置方法：MP“初始设置”>>“必要硬件”>>“故障保护”的“电池”中设置。1．在“低电量”中设置低电压阈值，如3S可设置10.8V，对应FS_BATT_VOLTAGE参数；2．在“保留电量mAh”中设置剩余电池容量阈值。一般是设置为总容量的20%。如2600mAh电池可设置成520mAH，对应FS_BATT_MAH参数；3．设置切换的模式，如：RTL返航或者LAND降落。具体含义：置一个阈值电压或者保留电量值，当电压低于阈值时，让飞控自动执行RTL或者降落操作。触发条件：1．电压低于设置值，超过10秒；2．剩余容量低于设置保留值。触发后处置：1．什么都不会发生：如果飞控没有解锁；2．自动上锁：增稳或者特技模式，油门为最低值；3．返航：自动模式已获GPS锁定，离“家”2米以上；4．降落：在所有其他情况下。4APM机上安装与参数设置4-4失控保护遥控器失控保护电池低电压保护地面站失控保护设置方法：MP配置调试>>全部参数:FS_GCS_ENABLE参数中设置。1．0是禁用GCS保护；

2．1丢失GCS后，启动RTL返航模式；3．2当前模式为AUTO，会继续完成飞行任务计划，否则执行RTL返航模式。具体含义：飞行中无人机丢失与无线数传的通信超过FS_LONG_TIMEOUT参数设置的时间，启动地面站（GCS：GroundControlStation）失控保护处置。触发条件：1．地面站与飞控超过数传距离；2．地面站死机故障；3．数传近端与地面站断开连接，或远端与飞控断开连接，或天线断开连接。项目小结：本项目中选用的MP地面站和APM飞控是在业界已研究多年且应用相当成熟的产品，可参考的资料很多。相对它们强大的功能来说，本项目所述可能还不到其冰山一角，下一个项目中我们将继续学习MP地面站+雷迅创新的CUAVX7+飞控在垂直起降固定翼的应用。与此相关的一些知识，我们建议按以下进程予以学习：1．首先安装地面站控制软件及驱动，熟悉地面站界面的各个菜单功能；2．仅连接USB线学会固件的下载；3．连接接收机和USB线完成APM的遥控校准、加速度校准和罗盘校准；4．完成各类参数的设定；5．组装飞机，完成各类安全检查后试飞；6．PID参数调整；7．APM各类高阶应用。课后作业：见教材项目四“习题”部分。项目四在航模中加入智能控制（实训8学时）项目五垂起固定翼超视距飞行训练（实训16学时）垂起固定翼的基本概念（1学时，讲授）；特定机型垂起固定翼组装与飞行前检测调试（7学时，理实一体）；垂起固定翼超视距飞行（8学时，实训）。了解垂起固定翼起降方式的各种类型；掌握特定机型垂起固定翼组装步骤、装配工艺和检测调试的正确方法；严格安全操作规程，完成垂起固定翼超视距飞行实施；伴随垂起固定翼装调与飞行实施，领悟无人机“结构全系统、作业全流程”的工作理念。主要实训内容训练要求与目标本项目旨在前述各项目所学传统固定翼的基础上，利用垂起固定翼的垂直起降优势，克服院校训练场地限制，以超视距飞行训练为重点，进一步领略垂起固定翼所具有的前飞速度快、航程远、航时长、能定点起降和悬停、对机场跑道没有依赖的独特魅力；项目选用作者经多年教学实践选用的飞龙A7垂起固定翼（PNP版）为飞行平台，搭载MissionPlanner地面站、雷迅创新CUAVX7+飞控及与其相适配的GPS和数传电台等作为主训内容，为构建了一套可在校园条件下可超视距飞行实施的“白云岩”垂起无人机系统；项目为理实一体教学，按实训课组织：任务下达→讲解示范→分组训练→总结讲评。授课总体思路基于无人机飞行作业基本流程：选型→组装→调试→超视距飞行实施；本课件只是主讲教师讲解示范环节的思路提示，其它实训环节参照前述各项目，主体思路可改以体现教师个人授课风格。项目教学说明项目五垂起固定翼超视距飞行训练（实训16学时）1垂起固定翼基本概念1-1垂直起降技术及其特点垂直起降技术就是指固定翼飞机可以不用借助跑道而在原地就能垂直起飞和着陆的技术。其概念最初是由德国提出的，需求来源于二战后期德军为了应对盟军的空中轰炸，迫切需要一种能够进行随时出击的、具备一定隐蔽性的防御型战斗机，垂直起降拦截机成为德国的主要研发方向。巴赫姆Ba349火箭动力截击机，依靠发射架实现垂直起飞，短时滞空作战后，飞机解体，由降落伞回收发动机部分。康维尔XFY-1型战斗机，世界上第一架在试验中做到垂直起飞、水平飞行和尾部着陆的涡轮螺旋桨尾翼支撑的垂直起降飞机，美国1954。发动机喷口向下正处于垂直状态的“鹞”式战机，“鹞”式垂直起降战斗机机身中部安装有一台“飞马”式推力转向发动机，前后两对可旋转喷口分别位于机身两侧，相对机身重心保持对称。四个喷口喷出的气流共同产生供飞机垂直起降、空中悬停和水平飞行的动力。得益于英国研制的可以改变喷口方向飞马发动机。1垂起固定翼基本概念1-1垂直起降技术及其特点总体来说，固定翼有人飞机垂直起降技术的发展过程可归纳如下：先是竖立飞机，接着是竖立发动机，然后是偏转发动机，最后则是偏转推力。这些技术和经验积累，可以帮助无人机完成更为灵活的飞行任务，并由此催生垂直起降固定翼无人机在无人机领域的异军突起。定义：一种重于空气的无人机，垂直起降时由与直升机、多旋翼类似起降方式或直接推力等方式实现，水平飞行时由固定翼飞行方式实现，且垂直起降与水平飞行方式可在空中自由转换。——《民用无人机驾驶员管理规定》主要性能指标：衡量或比较一架垂起固定翼的性能优劣1．平飞速度（提高直升机的平飞速度一直是科学家头疼的问题）2．续航能力（短续航一直使多旋翼饱受诟病）3．载重能力（关系到有效载荷的种类）4．悬停效率（悬停时间长短及能耗）典型应用场景：1．有限的战舰甲板上部署尽可能多的舰载垂起固定翼，对于海面起降条件有着更好的适应性；2．南海岛礁如果一味将宝贵的空间用于建设跑道，势必将限制其他装备如防空系统、安防系统和雷达系统的部署；3．民用：多旋翼无法快速覆盖的区域，在传统固定翼无法找到合适起降点的山区、丘陵或丛林等区域，垂起固定翼都可以大显身手，充分展现其技术优势。1垂起固定翼基本概念1-2垂起固定翼常见类型动力复合式垂起固定翼：在传统固定翼的基础上加装了旋翼机的垂直起降装置，目前应用最为广泛。机翼旋转式垂起固定翼：起降时利用旋转的机翼提供飞行所需的升力，巡航飞行时旋翼停转，转变成机翼与其他翼面提供升力或采取各种收藏方式减小阻力，由其他固定翼面提供平飞所需升力。倾转旋翼式垂起固定翼：在固定翼的两端安装一套可在水平与垂直方向上转动的螺旋桨倾转装置，使得飞机以直升机方式起飞后，再操纵旋翼倾转，将旋翼转换成用于平飞提供推力的螺旋桨，由固定的机翼提供升力，实现高速巡航。1垂起固定翼基本概念1-2垂起固定翼常见类型倾转机翼式垂起固定翼：机翼连同旋翼一起倾转以实现推力换向。起降或悬停时，机翼与平尾保持垂直状态，起飞后与降落前利用位于机身内部的倾转机构完成机翼和平尾由垂直向水平的倾转。尾座式垂起固定翼：灵感来自有人战机垂直起降技术的最初设计，利用的是喷气的反作用力，就是由发动机向下喷气产生的反作用力作为升力来克服重力实现垂直起降。2特定垂起固定翼装调2-1设备及配件检查清点并检查设备、配件及装调所需的机工具，并填入相应表格。“白云岩”垂起固定翼教学训练用机，碳纤维轻量化设计，机身安排有动力、载荷和航电等三个设备仓，定制4+1模块化纯电动动力系统，即4轴多旋翼电机加1轴前拉电机，垂飞转平飞由飞控自主控制，平飞中若升力不足或姿态过大，多旋翼将参与辅助飞行。2特定垂起固定翼装调2-2机体组装（一）安装平尾：步骤可参照设备使用说明书。（二）安装机翼垂臂（三）机翼与机身对接安装整装效果2特定垂起固定翼装调2-3飞控固件安装与校准（一）固件下载与安装：下载地址：/flight-controller/x7/zh-hans/firmware.html#ardupilot-firmware。多么熟悉的界面，上一个项目中都有学过，熟能生巧，温故而知新啊！2特定垂起固定翼装调2-3飞控固件安装与校准（二）改为垂直起降固定翼参数2特定垂起固定翼装调2-3飞控固件安装与校准（三）加速度计校准（四）GPS设置：具体方法参见教材。（五）罗盘校准2特定垂起固定翼装调2-4飞控设备安装飞控及其相关航电设备按图示连接关系，分别安装到机身上的电池舱、载荷舱和飞控舱，包括：（一）电源模块设置与安装（二）空速计安装与校准（三）GPS安装（四）数传安装（五）CUAVX7+飞控安装与线路连接特别说明：由于“白云岩”垂起固定翼教学训练用机配套有使用说明书，且教材中对此部分描述已甚为详细，故课件有些地方只列提纲，便于实训教学中给学生留有时间查阅和思考。2特定垂起固定翼装调2-5飞控参数设置（一）飞行模式设置：用SC（3段）开关控制3个模式（最简单！）（二）上锁/解锁设置：参照固定翼（项目四）ARMING_REQUIRE=1；ARMING_CHECK=1；ARMING_RUDDER=2；Q_M_SPIN_ARM：解锁后电机怠速旋转速度，0.0-慢速，0.1-中速，0.2-快速，不能大于Q_M_SPIN_MIN，可为默认值0.1。LAND_DISARMDELAY：自动降落后，如果飞机仍然在地面上，飞机将在20秒后自动上锁。2特定垂起固定翼装调2-5飞控参数设置（三）地面站失控保护设置：可参照项目四

1．FS_GCS_ENABL：地面站失控保护开关，0-禁用，1-启用。此处设置为1。需要注意的是，在地面测试中，因为要使用单独的电机启动开关或拆卸螺旋桨以保证安全，故试飞完成前不推荐使用！

2．FS_LONG_TIMEOUT：地面站失控保护触发时间，默认为5s；

3．FS_LONG_ACTN：长时间失控触发故障保护方式，建议设置为1。其保护方式跟飞行模式有关；4．Q_RTL_MODE：RTL与QRTL转换，0-禁用，1-启用，设置为1，若离返航点很远自动转固定翼RTL返航，到达返航点RTL_RADIUS半径内自动变多轴QRTL。5．FS_SHORT_TIMEOUT和FS_SHORT_ACTN，默认即可。（四）PID参数设置：建议将原始PID参数做好备份再根据飞行测试结果予以修改。3飞行前准备3-1全系统静态测试（一）选择合适起降场地：多旋转翼需求，平整开阔、人员较少，参考项目三（二）无人机架设：飞机水平放置在起飞点，机头逆风朝向，机头方向30米范围内开阔无遮挡安装螺旋桨：前拉和垂臂共4个螺旋桨飞机正后方10米左右位置展开地面站，连接数传电台（三）静态测试：先开遥控器，垂起模式QSTABILIZE，且油门最小位打开电脑，启动地面站软件，确保地面端数传模块天线竖直向上飞机加电3飞行前准备（一）外观检查：机身机翼、舵面舵角、接插件是否正常，连接部位是否紧固。3-2飞行前检查

（二）遥控器舵面检查：遥控器控制舵量，及飞机各舵面反馈是否一致，若有问题需重新调试。检查副翼检查升降舵（三）姿态自稳检查：3飞行前准备（四）航向检查：两人配合，一人手握飞机在水平面内转动，另一人在地面站观察水平仪顶端的航向角数值变化。正常情况下，当航向角为0°或360°时机头朝向正北，90°时朝向正东，180°时朝向正南，270°时朝向正西，由此可进一步判断不同的航向角所对应的机头朝向。3-2飞行前检查

（五）空速校正：两人配合，先由一人在飞机端用空瓶套住空速管，另一人在地面站软件的对应任务卡里执行空速校正动作，此时的空速值显示应在0～2m/s之间；移去空瓶并向空速管轻轻吹气，地面站人员可观察到空速值增大明显，至少应大于8～10m/s，吹气结束后空速值应重新回落到0～2m/s之间。（六）飞机重心检查：（七）地面站参数检查：1．通信链路：数传信号强度接近100%为正常，低于90％不能起飞。2．GPS：定位精度小于1m、颗数大于10颗正常，低于6颗严禁起飞。3．动力电池：电压接近25.2V为正常，低于24.8V不能起飞。（八）动力检查：解锁试车，检查多旋翼模式时的动力系统工作状态，保证电机旋转方向正确且转速稳定。3飞行前准备3-3手动视距内飞行测试

（一）动力解锁正常20秒内，轻推油门，使飞机以旋翼方式升高到5米以上悬停。（二）若飞机悬停性能良好，则可像操纵多旋翼那样，使飞机前后、左右、上下移动和左右转动，进一步考察飞机在多旋翼模式下的姿态稳定情况。（三）如果多旋翼模式飞行稳定，可进一步将飞机升高到50米以上，改飞行模式为FBWA模式转固定翼飞行。飞行过程中柔和变舵并随时关注油门和高度的跟随性，以及左右盘旋姿态的稳定性。（四）飞机盘旋到飞手正前方起降场地时，再改多旋翼飞行，