《无人机导论与飞行法规》全套教学课件

《无人机导论与飞行法规》全套可编辑PPT课件项目1无人机的前世、今生与未来——初识无人机项目2苍穹之下的学问——无人机运行的自然环境项目3无人机的心脏——动力系统项目4无人机的大脑与指南针——飞行控制与导航系统项目5无人机的躯体——机体结构与飞行原理项目6无人机的眼睛与双手——任务载荷项目7无人机的足迹——行业应用实践项目8依法飞行——无人机法律法规无人机的前世、今生与未来——初识无人机项目1项目导读你是否曾仰望天空，幻想拥有一双翅膀，飞着俯瞰大地？如今，无人机让这种幻想变成了现实。从最初战场上不为人知的“靶机”，到如今街头巷尾都能看到的“航拍神器”，无人机的发展史本就是一部充满创新与突破的人类智慧简史。知识目标技能目标素质目标熟悉无人机的定义与特点掌握无人机系统的组成熟悉无人机的性能指标掌握无人机的分类了解无人机的早期发展、现代变革和未来趋势树立规范意识，始终秉持严谨的科学态培养创新意识，感受技术进步带来的变革能够正确分析无人机的性能指标能够正确判断无人机的类型学习目标1.1无人机基础1.2无人机的发展历程与趋势项目1无人机的前世、今生与未来——初识无人机情景引入无人机已悄然渗透进我们的日常生活，正以惊人的速度重塑着我们所熟悉的世界。它让我们得以换个角度俯瞰大地，以全新的方式连接生活与生产，为这个世界增添了前所未有的自由度与可能性。

情景引入那么，究竟何为无人机？它有哪些类型？又为何能不断发展呢？带着这些问题，让我们一起认识无人机的基础知识和发展历程。1.1无人机基础根据2024年1月1日起施行的《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》无人驾驶航空器（简称无人机）是指没有机载驾驶员、自备动力系统的航空器。根据GB/T38152—2019《无人驾驶航空器系统术语》无人驾驶航空器（简称无人机）是指由遥控设备或自备程序控制装置操纵，机上无人驾驶的航空器。1.1无人机基础1.1.1无人机的定义与特点>>1．无人机的定义由遥控站操纵的无人驾驶航空器。遥控驾驶航空器飞行过程中，驾驶员全程或阶段无需介入控制的无人驾驶航空器。自主飞行航空器有尺寸和重量限制，不能载人，不具有高度保持和位置保持飞行功能的无人驾驶航空器，包括自由飞、线控、直接目视视距内人工不间断遥控、借助第一视角人工不间断遥控的模型航空器等。模型航空器无人驾驶航空器按控制模式与自动化程度不同，可以分为下列三种：小贴士模型航空器虽属于广义无人驾驶航空器，但在法律监管和行业习惯中，常被区分开。1.1无人机基础1.1.1无人机的定义与特点>>1．无人机的定义）与模型航空器相比（1）以应用为主，娱乐竞技为辅。（2）可自主、超视距飞行。（3）飞行活动需遵守法律法规，满足适飞空域、飞行执照、实名登记等管理要求，禁止黑飞。与有人机相比（1）坠机无机载人员伤亡风险。（2）设计自由度大，结构更加灵活，可实现小型化、隐身化或特殊结构设计。（3）对起降场地要求低，制造、维护和培训成本较低。无人机既不同于传统的有人驾驶飞机（有人机），又不同于普通模型航空器，有独有的特点。1.1无人机基础1.1.1无人机的定义与特点>>2．无人机的特点1.1无人机基础1.1.2无人机系统组成：无人机飞行平台飞行控制与导航系统地面控制站数据链系统任务载荷地面保障设备……定义：由无人机与有关的遥控站、任务载荷和控制链路组成的系统。无人机系统是指遥控无人机的各种操控设备（手段）以及有关系统组成的整体。无人机飞行平台（无人机本体）定义：执行任务的物理载体。组成：无人机机体动力系统执行机构电气系统起落架保证无人机飞行平台正常工作的设备和部件……1.1无人机基础1.1.2无人机系统>>1．无人机飞行平台定义：无人机稳定飞行与精准作业的核心系统，用于无人机的导航、定位与飞行控制。组成：飞控板惯性导航系统GNSS接收机传感器系统

……飞行控制与导航系统1.1无人机基础1.1.2无人机系统>>2．飞行控制与导航系统定义：整个系统的指挥中枢。地面控制站1.1无人机基础1.1.2无人机系统>>3．地面控制站用于接收各种数据并进行分析处理，实现飞行规划、链路控制、飞行控制、载荷控制等。组成：无线电遥控装置无线电接收机后台监控系统

……定义：连接空中与地面的“神经”，是由数据终端和数据通信规程所建立的数据通信网络。数据链系统1.1无人机基础1.1.2无人机系统>>4．数据链系统组成：数据终端：机载数据终端、地面数据终端数据通信规程：传输通道、通信协议、标准化的消息格式用于无人机的遥控、遥测、跟踪定位和任务载荷信息传输。定义：无人机携带的完成指定任务的设备或装置。常见类型：摄像机、多光谱传感器、激光雷达、物流配送设备等。任务载荷1.1无人机基础1.1.2无人机系统>>5．任务载荷是实现作业功能的核心。包括：无人机作业正常开展所需的设备器材等，如弹射装置、回收装置。地面保障设备小贴士无人机系统并非独立运行，其高效、安全地执行飞行任务，高度依赖程序、地面设备及人员的协同支持。1.1无人机基础1.1.2无人机系统>>6．地面保障设备为无人机作业提供设备保障。人员包括驾驶员和观测员：驾驶员负责操控无人机，对飞行安全负直接责任观测员负责观察无人机飞行状态及周边环境，协助驾驶员安全飞行1.1无人机基础1.1.3无人机的性能指标无人机的性能指标包括续航时间航程有效载荷环境适应性抗风能力导航精度空机重量最大起飞重量最大平飞速度……无人机的性能指标包括续航时间航程有效载荷环境适应性抗风能力导航精度空机重量最大起飞重量最大平飞速度……1.1无人机基础1.1.3无人机的性能指标续航时间：无人机在不进行能源补充的情况下，耗尽动力能源所能持续飞行的时间。它是衡量无人机持续作业能力的重要指标。航程：无人机在无风大气中，沿预定的航线飞行，耗尽规定动力能源所飞行的水平距离。它是衡量无人机作业范围的重要指标。有效载荷：在保证飞行安全的前提下，无人机能够搭载的任务设备或物资的最大重量。它是衡量无人机携带任务载荷能力的重要指标。1.1无人机基础1.1.3无人机的性能指标无人机的性能指标包括续航时间航程有效载荷环境适应性抗风能力导航精度空机重量最大起飞重量最大平飞速度……环境适应性：无人机在不同程度的温度、湿度、振动、冲击、电磁干扰等作用下，保持结构完整和功能正常的能力。它是衡量无人机环境适应能力的重要指标。抗风能力：无人机在保持稳定姿态和定位精度的前提下，所能承受的最大环境风速。它是衡量无人作业窗口期与环境适应能力的重要指标。导航精度：无人机导航系统提供的位置、速度信息的精确程度，直接影响飞行控制与任务执行效果。1.1无人机基础1.1.3无人机的性能指标无人机的性能指标包括续航时间航程有效载荷环境适应性抗风能力导航精度空机重量最大起飞重量最大平飞速度……空机重量：无人机为满足基本使用要求而设计的机体、动力装置（不含动力能源）及各机载系统重量，以及为满足特殊使用要求而预留的不可拆卸部分重量的总和。它决定了无人机的构型规模和分类。最大起飞重量：依据无人机的设计或运行限制，无人机起飞时所能容许的最大重量。它是衡量无人机综合运载能力的重要指标。最大平飞速度：在一定飞行高度，无人机所能达到的最大定常水平飞行速度。它是衡量无人机高速飞行性能的重要指标。分析AI技术在无人机中的应用对其性能指标的影响。1.1无人机基础1.1.4无人机的分类近年来，随着无人机技术的快速发展，市面上涌现出种类繁多、形态各异的无人机。按用途分类军用无人机、民用无人机。按平台构型分类固定翼无人机、多旋翼无人机、无人直升机、无人飞艇、扑翼机等。按性能指标分类微型无人机、轻型无人机、小型无人机、中型无人机、大型无人机。同学们，现在的无人机技术越来越成熟，我们在生活中也能见到各种各样的无人机。来聊聊看你见过哪种无人机呢？1.1无人机基础1.1.4无人机的分类>>1．按平台构型分类固定翼无人机：由动力装置产生推力或拉力，依靠固定机翼与空气的相对运动产生升力，在大气层内飞行的重于空气的无人机。优点技术相对成熟，飞行过程稳定，具备良好的气动稳定性，航程远、续航时间长在大范围测绘、长距离巡查、长时间侦察等任务中具有独特优势缺点无法在空中悬停，起降需借助跑道、弹射装置等辅助设备，飞行航线相对固定，灵活性较差操控难度大，使用成本高，因此在需要精准悬停或垂直起降的应用场景中使用受限优点重于空气的主流无人机，其飞行机动灵活，操控简单，在航拍、巡检、农业植保、物流配送等任务中应用广泛缺点续航时间短，飞行速度和抗风能力相对有限动力效率低于固定翼无人机，难以完成长时间、远距离、大范围的作业任务，因此在需要长续航时间、高速巡航或大范围巡查的应用场景中使用受限1.1无人机基础1.1.4无人机的分类>>1．按平台构型分类多旋翼无人机：由动力驱动，依靠三个及以上旋翼旋转时与空气的相互作用产生升力，能够垂直起降、空中悬停的无人机。优点兼具垂直起降与空中悬停能力，且机动性优于固定翼无人机在载荷能力上优于多旋翼无人机，因此多用于重型吊挂、特种作业等领域缺点结构复杂、操控难度大，且购机成本高，这些因素在一定程度上限制了其普及应用1.1无人机基础1.1.4无人机的分类>>1．按平台构型分类无人直升机：由遥控设备或自备程序控制装置操纵，依靠一个或多个旋翼在基本垂直轴上旋转产生升力和推力，能够垂直起降、空中悬停并搭载任务载荷的重于空气的无人机。1.1无人机基础1.1.4无人机的分类>>1．按平台构型分类无人飞艇：由动力驱动、轻于空气的无人机。它主要依靠空气静浮力升空。优点续航时间长、噪声低、可长时间空中悬停，且运营成本相对较低缺点飞行速度慢、抗风能力差，受气象条件制约大适用场景定点监测、空中广告、科研平台等对空中悬停时间和经济性要求较高、而对速度要求不高的场景无人飞艇硬式无人飞艇半硬式无人飞艇非硬式无人飞艇按结构形式的不同1.1无人机基础1.1.4无人机的分类>>1．按平台构型分类扑翼机（振翼机）：机翼像鸟翼一样通过上下扑动产生升力和推力的无人机。优点受鸟类和昆虫飞行启发，具有可变形的小型翼翅。扑翼机仿生性强，飞行方式独特，机动灵活且隐蔽性好缺点技术尚未完全成熟，气动效率低且控制机理复杂，仍处于研发与特种应用探索阶段未来潜力未来随着微型化技术的发展，其在隐蔽侦察、生化探测、狭小空间搜集等特殊场景中具有独特的应用潜力按平台构型不同，无人机可分为、、、无人飞艇和扑翼机。固定翼无人机多旋翼无人机无人直升机1.1无人机基础1.1.4无人机的分类>>2．按性能指标分类无人机微型无人机轻型无人机小型无人机中型无人机大型无人机

轻型无人机：指空机重量≤

4kg且最大起飞重量≤

7kg，最大平飞速度≤

100km/h，具备符合空域管理要求的空域保持能力和可靠被监视能力，全程可以随时人工介入操控的无人机，但不包括微型无人机。真高（最大飞行高度）是指无人机距离某个基准平面（如地面）的垂直高度。1.1无人机基础1.1.4无人机的分类>>2．按性能指标分类无人机微型无人机轻型无人机小型无人机中型无人机大型无人机小型无人机：指空机重量≤

15kg且最大起飞重量≤

25kg，具备符合空域管理要求的空域保持能力和可靠被监视能力，全程可以随时人工介入操控的无人机，但不包括微型、轻型无人机。中型无人机：指最大起飞重量≤

150kg的无人机，但不包括微型、轻型和小型无人机。大型无人机：指最大起飞重量＞150kg的无人机。让我们来猜猜下侧这幅图属于军用无人机中哪种类型的无人机呢？1.1无人机基础1.1.4无人机的分类>>3．按用途分类军用无人机民用无人机指由军事单位操控执行军事任务的无人机。侦察无人机诱饵无人机电子对抗无人机通信中继无人机无人战斗机靶机……军用无人机是现代空中军事力量中的一员，具有无人员伤亡、使用限制少、隐蔽性好等特点，在现代战争中的地位和作用十分突出。1.1无人机基础1.1.4无人机的分类>>3．按用途分类定义：用于协同或代替人工完成多种专业任务的无人机应用领域：农林植保、巡检、航测、物流运输等军用无人机民用无人机指用于非军事用途的无人机。工业级无人机消费级无人机定义：面向个人消费者，主要用于娱乐、航拍等非专业场景的无人机特点：方便携带、价格普惠、功能多样、操作简单、安全性高等集思广益除了以上分类，你还能想到按哪些维度对无人机进行分类？随堂检测无人机的性能指标有哪些？按平台构型不同，无人机可分为哪些无人机呢？课堂小结无人机基础无人机的定义与特点无人机系统的组成无人机的性能指标无人机的分类无人机的定义无人机的特点无人机飞行平台飞行控制与导航系统地面控制站数据链系统任务载荷地面保障设备按性能指标分类按用途分类按平台构型分类1.2无人机的发展历程与趋势1.2无人机的发展历程与趋势从第一次世界大战时期的无线电遥控靶机，到今天遍布城乡的航拍利器，无人机用一百多年的时间完成了从军事装备到民用产品的华丽转身。1.2.1早期发展——从靶机到侦察机>>1．无人机的起源1.2无人机的发展历程与趋势先进技术通常最先应用于军事领域，无人机也遵循这一规律。莱特兄弟研制出第一架飞机后，航空技术迅速军事化第一次世界大战期间，英国两位将军卡德尔和皮切尔提出无人驾驶飞机的设想：研制一种通过无线电操纵、可携带炸弹攻击敌方的小型飞机该设想被批准为“AT计划”，由A．M．洛教授团队研制1903年1914年1927年他们研制的“喉”式无人机在英国海军军舰上成功地进行了试飞该无人机载有113kg炸弹，以322km/h的速度飞行了480km，在世界上引起了极大轰动。就此，无人机正式登上世界舞台1.2.1早期发展——从靶机到侦察机>>2．从靶机到侦察机1.2无人机的发展历程与趋势美国率先将照相机搭载在无人机上，研制出世界首款侦察无人机，开启了无人机实战侦察的新篇章。20世纪50年代中期冷战期间，随着防空火力不断增强，高风险战场侦察的需求激增，这推动无人机从单纯的靶机向专业的侦察机转型。受制于自动控制技术水平，各国主要将退役有人机改装为无线电遥控的靶机，用于防空火炮、导弹测试与飞行员训练。这类无人机结构简单、成本低廉，主要实现基础飞行功能，对任务载荷的要求较低。随后的几十年里1.2.1早期发展——从靶机到侦察机>>2．从靶机到侦察机1.2无人机的发展历程与趋势中国无人机的早期发展也遵循了从靶机到侦察机的演进规律。北京航空学院（现北京航空航天大学）以运-5运输机为平台，成功改装研制出我国第一架无人机——北京5号，由此拉开了中国无人机研制的序幕。1958年我国在苏联拉-17无人机的基础上，研制出长空一号。20世纪60年代北京5号长空一号1.2.1早期发展——从靶机到侦察机>>2．从靶机到侦察机1.2无人机的发展历程与趋势中国无人机的早期发展也遵循了从靶机到侦察机的演进规律。我国在缴获的美国BQM-34火蜂无人机的基础上，研制出长虹一号（后定型为无侦-5）。20世纪70年代无侦-5正式设计定型并装备部队，成为我国首款专业无人侦察机，这标志着我国无人机技术实现了重大突破。1980年长虹一号特别是2010年以后，在多学科技术交叉突破的共同驱动下，无人机行业迎来了爆发式增长。无人机从昂贵的军用装备转变为大众负担得起的消费电子产品，其应用更是拓展到了各行各业。进入21世纪1.2.2现代变革——技术进步、成本降低与应用拓展1.2无人机的发展历程与趋势请大家想一想，是哪些关键因素联手按下了无人机行业的“快进键”，让它能飞入寻常百姓家并大展身手的呢？技术进步成本降低应用拓展1.2.2现代变革——技术进步、成本降低与应用拓展>>1．技术进步1.2无人机的发展历程与趋势技术进步是推动无人机产业发展与现代变革的核心动力。当前，各项核心技术的突破，持续提升无人机的性能，为无人机产业高质量发展奠定了坚实基础。（1）动力与材料革新动力革新：无刷电动机、锂电池、氢燃料电池的应用，有效改善了无人机续航短、动力弱的问题。材料革新：碳纤维等轻量化复合材料的应用，使无人机机身更轻、结构强度更高，便携性大幅提升。（2）任务载荷与通信技术升级任务载荷升级：高清摄像头、热成像仪、多光谱传感器、激光雷达等任务载荷不断小型化并得到广泛应用，使无人机高清航拍、遥感与感知等功能得以实现。通信技术升级：5G与高清图传技术的突破，使无人机远程操控、实时数据传输更加稳定可靠。1.2.2现代变革——技术进步、成本降低与应用拓展>>1．技术进步1.2无人机的发展历程与趋势（3）感知与避障技术升级无人机集成了双目视觉、红外感知与毫米波雷达的多维环境感知系统，结合基于深度学习的计算机视觉算法，从而能够实时识别复杂环境中的障碍物并自动规划绕行路径，极大地提升了飞行安全性与智能化作业能力。（4）协同组网技术突破多机协同控制算法与自组网通信技术的成熟，使无人机集群能够实现精准的空中防碰撞与任务协作，不仅支撑了大规模无人机编队表演，还在工业巡检、农林植保等领域实现了多机协同作业的效率跃升。1.2.2现代变革——技术进步、成本降低与应用拓展>>1．技术进步1.2无人机的发展历程与趋势（5）飞行控制与导航系统智能化现代飞行控制与导航系统集成了多传感器数据融合与智能控制算法，使无人机能够实现自主起降、航线跟随、精准悬停等动作，极大降低了操作门槛。以深圳市大疆创新科技有限公司为代表的企业，凭借完整的产业链优势和持续的技术创新，迅速占领全球消费级无人机市场，放大了规模效应和成本优势，让消费级无人机真正走向普及化、大众化。1.2.2现代变革——技术进步、成本降低与应用拓展>>2．成本降低1.2无人机的发展历程与趋势技术进步加速了产业化进程，由此产生的规模效应使得无人机的核心组件成本大幅降低开源软件的普及，不仅降低了研发门槛，还促进了通用硬件模块的标准化与低成本化，这使得无人机整机的价格大幅降低农林植保航测物流运输航拍1.2.2现代变革——技术进步、成本降低与应用拓展>>3．应用拓展1.2无人机的发展历程与趋势1.2.2现代变革——技术进步、成本降低与应用拓展>>3．应用拓展1.2无人机的发展历程与趋势（1）农林植保农林植保是无人机民用化的核心应用场景之一。无人机凭借高效、精准、低成本的优势，深刻改变了传统农林作业模式。无人机搭载植保喷头、多光谱传感器，可完成农药喷洒、作物长势监测、病虫害识别、森林防火巡查等任务，有效提升了农林植保作业效率。（2）航测无人机航测凭借高效、灵活、低成本、高精度的优势，逐步替代人工测绘和大型航空测绘，成为地理信息采集、工程勘测的主流方式。无人机搭载激光雷达、高清测绘相机、导航系统，可快速获取地表三维数据、高清影像，生成数字高程模型、数字正射影像图，广泛应用于国土测绘、城市规划、工程勘测等领域。1.2.2现代变革——技术进步、成本降低与应用拓展>>3．应用拓展1.2无人机的发展历程与趋势（3）物流运输无人机物流运输通过空中路径实现点对点直线运输，能有效规避地面交通拥堵，大幅缩短配送时间，尤其适用于偏远地区物流运输、紧急医疗物资运输、生鲜冷链及高频次小件货物运输等场景，在提升效率的同时显著减少了货物在复杂陆运流程中的损耗风险。（4）航拍航拍是消费级无人机最普及的应用场景。依托轻量化机身、高清相机、精准悬停和智能飞行功能，无人机打破了传统航拍在设备与场地方面的限制。从影视综艺拍摄到个人旅行记录，无人机航拍以独特的高空视角与流畅的画面质感，成为影像创作的重要工具。智能化集群化商用化依赖人工遥控的“飞行工具”具备环境感知、自主决策与自适应能力的“智能空中机器人”演变无人机1.2.3未来趋势——智能化、集群化、商用化1.2无人机的发展历程与趋势未来无人机将深度融合人工智能、大数据、物联网等技术，朝着智能化、集群化、商用化三大方向发展，成为低空经济、智能作战、智慧城市建设的核心装备。通过融合深度学习、多传感器协同及边缘计算技术，无人机可实现高精度SLAM（即时定位与地图构建）导航、动态障碍物实时规避，以及任务数据的机载实时处理与分析。智能化集群化商用化1.2.3未来趋势——智能化、集群化、商用化1.2无人机的发展历程与趋势无人机作业模式单机独立作业模式基于去中心化自组网与群体智能算法的“蜂群协同”模式转变数百甚至上千架异构无人机可通过局部交互规则，实现编队保持、动态任务分配及受损重组。在应急救援、农林植保、物流配送及灯光表演等场景中，这一模式展现出极高的任务执行稳健性与群体协同效率。智能化集群化商用化1.2.3未来趋势——智能化、集群化、商用化1.2无人机的发展历程与趋势随着低空经济战略的深入推进与产业链的日益成熟，无人机正逐步突破专业小众领域，向大众消费与工业应用场景渗透。无人机行业将通过模块化设计降低成本，并催生DaaS（无人机即服务）等新商业模式。未来，无人机将广泛应用于分钟级即时配送、基础设施全生命周期的自动化巡检，以及eVTOL（电动垂直起降飞行器）载人交通等领域，逐步形成规模化商业生态。在2026年中央电视台马年春晚中，两大分会场不约而同地在夜空中绘就了无人机的科技画卷。在合肥，超过2万架无人机以灯光勾勒出徽派建筑马头墙等精美图案，16架无人机列队翱翔在宜宾，“云影”“翼龙”等新型无人机首次公开亮相，展现出我国完整丰富的无人机产品谱系夜空中的每一道轨迹、每一帧画面，都是我国无人机产业从技术突破到应用落地的艺术凝结。春晚无人机的精彩表演，不仅展示着技术的飞跃，也折射出行业发展的活跃景象。政策法规描画安全红线，技术创新惠及发展与安全，产业协作构筑生态格局，我国无人机产业正逐步走向健康有序、系统成熟的新阶段。数字孪生建模、仿真与动态适配联动、协同渲染等场景融合技术，正逐步破解无人机表演缺乏融入感的难题，使其从夜空中的“点缀”变为场景里的“主角”。高精度的定位能力，是“空中舞者”构建复杂队形的基础支撑，其背后融合了北斗三号全球卫星导航系统、激光雷达测距模块、即时定位与地图构建等关键技术。集群控制技术决定着无人机表演的效果、规模及安全底线，其依赖三大核心支撑：AI驱动的分布式协调控制架构、边缘计算与多传感器融合的感知系统，以及多级容错控制机制。高精度定位的精准保障虚实融合的场景交互大规模机群的智能协同【实施目的】通过市场调研，学生能够了解无人机的类型、品牌、价格、续航时间、航程、最大起飞重量、适用场景及监管要求等，并能够根据需求合理选择无人机。项目实施——认识无人机【前期准备】（1）调研记录表：用于记录无人机的类型、品牌、价格、续航时间、航程、最大起飞重量、适用场景及监管要求等。（2）信息查询工具：手机或电脑，用于上网查资料。（3）记录设备：手机或相机，用于记录相关资料及拍摄无人机实物。（4）调研选址：提前了解当地无人机专卖店或专业无人机展会等信息，确定调研地点。项目实施——认识无人机【实施步骤】（1）学生分组。以3～5人为一组，选出组长并进行小组分工。（2）开展调研。通过浏览行业网站与论坛、使用AI软件，以及咨询商户、参观展会等方式，记录不同无人机的类型、品牌、价格、续航时间、航程、最大起飞重量、适用场景及监管要求等。（3）信息整理与分析。对收集到的信息进行整理与分析，制作PPT准备汇报。（4）成果展示。各组派代表进行PPT汇报，分享调研过程中的发现与心得。（5）指导教师点评。指导教师对各组汇报内容进行点评。（6）总结与反思。总结调研过程中的收获，并反思调研过程中的不足。随堂检测无人机动力与材料革新主要改善了什么问题？未来无人机发展的三大方向是什么？课堂小结无人机的发展历程与趋势早期发展——从靶机到侦察机现代变革——技术进步、成本降低与应用拓展未来趋势——智能化、集群化、商用化无人机的起源从靶机到侦察机技术进步成本降低应用拓展智能化集群化商用化项目总结无人机的定义与特点无人机系统的组成无人机的性能指标无人机的分类无人机的前世、今生与未来——初识无人机无人机基础无人机的发展历程与趋势早期发展——从靶机到侦察机现代变革——技术进步、成本降低与应用拓展未来趋势——智能化、集群化、商用化项目评价本项目的学习已经完成，指导教师根据学生的实际学习成果对其进行评价，学生配合指导教师共同完成学习成果评价表。学习成果评价表班级

姓名

日期

组号

学号

指导教师

项目名称无人机的前世、今生与未来——初识无人机评价项目评价内容满分/分评分/分自评互评师评知识

（40%）无人机的定义与特点8

无人机系统的组成8

无人机的性能指标8

无人机的分类8

无人机的早期发展、现代变革和未来趋势8

技能

（40%）能够正确分析无人机的性能指标20

能够正确判断无人机的类型20

项目评价（续表）评价项目评价内容满分/分评分/分自评互评师评素质

（20%）积极参加教学活动，主动学习、思考、讨论5

认真负责，按时完成学习、实践任务5

团结协作，与组员之间密切配合5

守正创新，自信自强5

合计100

总评自评（20%）+

互评（20%）+

师评（60%）=自我评价

指导教师评价

谢谢大家《无人机导论与飞行法规》项目1无人机的前世、今生与未来——初识无人机项目2苍穹之下的学问——无人机运行的自然环境项目3无人机的心脏——动力系统项目4无人机的大脑与指南针——飞行控制与导航系统项目5无人机的躯体——机体结构与飞行原理项目6无人机的眼睛与双手——任务载荷项目7无人机的足迹——行业应用实践项目8依法飞行——无人机法律法规苍穹之下的学问——无人机运行的自然环境项目2知识目标技能目标素质目标掌握大气成分与分层掌握大气气象要素了解国际标准大气模型熟悉影响飞行的主要因素践行科技强国、守正创新的责任理念树立优势互补、协同发展的行业意识能够分析天气对飞行计划的影响能够评估不同任务场景下的飞行可行性学习目标项目导读华北平原属温带季风气候，其鲜明的季节性天气对无人机飞行构成特定挑战——春季多风沙，夏季多雷暴，冬季多雾霾。因此，为提升无人机在复杂气象条件下的作业能力，需要针对区域气候特点进行专项训练。现有某无人机团队在华北平原执行典型作业任务，具体是在河北沧州某开阔农田开展春季小麦植保作业，使用无人机喷施除草剂。作业区域面积约200亩，周边分布少量输电线路。若你是该团队的一员，该如何根据该地气候特点对本次作业进行天气分析，并制订相关飞行计划呢？项目导读2.1大气成分与分层2.2大气气象要素2.3国际标准大气模型2.4影响飞行的主要因素项目2苍穹之下的学问——无人机运行的自然环境2.1大气成分与分层2.1大气成分与分层大气：在地球引力的作用下，聚集在地球周围的大量气体，地球就被这样一层很厚的大气包围着。无人机在大气中飞行时所处的环境条件就是大气飞行环境。2.1大气成分与分层2.1.1大气成分大气干洁空气水汽固体杂质……干洁空气是构成大气的最主要部分，它由78%的氮气、21%的氧气，以及1%的其他气体（如二氧化碳、臭氧、氩气等）组成。干洁空气是一般意义上所说的空气。水汽来自江、河、湖、海及潮湿物体表面的水分蒸发和植物的蒸腾作用。大气中的水汽含量随高度的增加而显著减少。固体杂质是悬浮在大气中的固态微粒，主要包括烟尘、花粉、火山灰、海盐颗粒等，其来源广泛且分布不均。固体杂质多集中在大气低层，越往高空含量越少，且陆地多于海洋、城市多于乡村。2.1大气成分与分层2.1.1大气成分大气各成分的作用大气成分作用干洁空气主要成分氮气维持大气稳定；氮是生物体的基本成分氧气生物呼吸作用的关键物质，参与能量代谢次要成分二氧化碳植物光合作用的原料，参与有机物的合成；对地面保温臭氧吸收紫外线，使地球上的生物免遭过量紫外线的伤害水汽成云致雨的必要条件；对地面保温固体杂质作为凝结核，是成云致雨的必要条件小贴士

小试牛刀干洁空气是构成大气的最主要部分，它由的氮气、的氧气，以及1%的其他气体组成。78%21%2.1大气成分与分层大气分层：按照大气在垂直方向上的某些特性，将大气划分成性质比较均一的若干层。2.1.2大气分层大气分层大气对流层平流层中间层热层散逸层根据大气温度随高度分布特征的不同。大部分天气现象发生在对流层内，且无人机飞行的主要范围也在对流层内。2.1大气成分与分层2.1.2大气分层小贴士大气还可根据其他特性分层。此外，大气还可按照大气光化学反应和大气运动受地磁控制情况进行分层。大气均匀层非均匀层根据大气内各组成成分混合状态的不同中性层电离层根据大气电离状况的不同2.1大气成分与分层2.1.2大气分层>>1．对流层大气分层对流层受地面的影响最大，地面附近的空气受热上升，而位于上面的冷空气下沉，这就产生了对流运动。对流层集中了整个大气3/4的质量和几乎全部的水汽，通过对流和湍流运动，云、雾、雨、雪等主要大气现象都出现在此层。2.1大气成分与分层对流层的下界是地面，整体厚度因纬度、季节的不同而不同。纬度：赤道地区对流层厚度为17～18km，中纬度地区约为12km，两极地区约为8km季节：夏季对流层较厚，冬季对流层较薄特点：（1）气温随高度增加而降低。平均而言，在对流层中，高度每增加100m，气温下降约0.65℃（2）有强烈的垂直对流运动和不规则的湍流运动（3）大气状况水平分布不均匀，状态变化迅速大气分层2.1.2大气分层>>1．对流层2.1大气成分与分层2.1.2大气分层>>2．平流层大气分层平流层是自对流层顶到离地面约50km的大气层，该层中的空气以水平运动为主。特点：（1）逆温层形成是因此处含大量臭氧，臭氧直接吸收太阳辐射导致温度升高。同温层：平流层下部的温度随高度增加变化不大逆温层：平流层上部的温度随高度增加而迅速增高（2）平流层内气流比较平稳，空气的垂直混合作用显著减弱。（3）平流层中水汽和固体杂质的含量极少，能见度好。2.1大气成分与分层2.1.2大气分层>>3．中间层大气分层中间层是自平流层顶到离地面约85km的大气层。在中间层中，温度随高度增加而迅速降低，造成这一现象的原因是该层几乎没有臭氧，太阳辐射可以直接穿过，几乎没有能量吸收。中间层顶部年平均温度约为-83℃。中间层中的空气虽极为稀薄，但仍存在一定的对流运动，因此，中间层又被称为上对流层或高空对流层。2.1大气成分与分层2.1.2大气分层>>4．热层大气分层热层是自中间层顶到离地面约250km（太阳宁静期）或500km（太阳活动期）的大气层。在热层中，温度随高度增加而递增，这主要是因为太阳辐射被该层的空气大量吸收，从而使该层升温。热层顶部称为“热层顶”，温度可达1500K（约1200℃）。外逸层（又称外大气层）是热层以外的大气层。在外逸层中，空气极为稀薄，带电粒子受地球磁场控制而运动，中性粒子基本上按各自抛物线轨迹运动，速度较大的则可挣脱地球引力而逸入星际空间。外逸层是地球大气的最外层，地球大气通过外逸层逐渐过渡到外太空。小试牛刀对流层集中了整个大气的质量和几乎全部的水汽。3/4随堂检测干洁空气中占比最大的两种气体分别是什么，各占多少？大部分天气现象和无人机飞行主要集中在大气的哪一层？课堂小结大气成分与分层大气成分大气分层对流层平流层中间层热层外逸层2.2大气气象要素2.2大气气象要素大气是无人机飞行所依存的工作介质，其瞬息万变的物理状态直接决定飞行的安全与效能。为科学地描述、监测并预测这些变化，气象学定义了若干表征大气宏观物理状态的物理量。理解大气状况、分析天气变化的基础，更是无人机任务规划与执行中必须实时关注的核心要素。气温气压湿度降水能见度风统称：气象要素2.2大气气象要素气温是表示大气冷热程度的物理量，其实质是空气分子平均动能的表现，常用单位有℃（摄氏度）、℉（华氏度）或K（开尔文）。我国规定气象台（站）所报气温，特指百叶箱中离地约1.5m高度处空气的温度，以摄氏度为单位进行表示。2.2.1气温气温变化对人类生活与生产具有重要影响，是多种天气现象生消的重要热力条件。百叶箱例如最低气温与霜冻、辐射雾的形成密切相关，而近地面高温有利于大气不稳定能量的积累，为雷暴、冰雹的形成提供条件。非绝热变化绝热变化2.2大气气象要素空气与外界有热量交换的气温变化称为气温的非绝热变化。空气与外界交换热量的方式主要有：2.2.1气温>>1．气温变化的方式物体以电磁波的形式向外放出能量的方式。所有温度不低于绝对零度的物体，都会向周围放出辐射能，同时吸收周围的辐射能。物体温度越高，辐射能力越强。若物体吸收的辐射能大于放出的辐射能，温度就会升高反之则降低辐射非绝热变化绝热变化2.2大气气象要素2.2.1气温>>1．气温变化的方式水通过相变吸收或释放热量，从而引起气温变化。水的状态变化依靠分子热运动，将热量从高温物体直接传递给低温物体的现象。空气分子间隙较大，因此其通过传导交换的热量很少。传导大气中气流的不规则运动，可使空气气块产生混合，气块间的热量也随之进行交换。对流层的最下层（即摩擦层）是湍流活动最强烈的层次，也是热量交换最显著的层次。湍流非绝热变化绝热变化2.2大气气象要素2.2.1气温>>1．气温变化的方式空气与外界无热量交换的气温变化称为气温的绝热变化。当空气气块被压缩时，外界对气块做的功转化成气块内能，使气块温度升高反之，气块在膨胀时温度会降低在实际大气中，当气块做升降运动时，可近似地看作绝热过程。气块上升时会因外界气压降低而膨胀，对外做功消耗部分内能，使自身温度降低气块下降时则相反，自身温度会升高机翼前缘空气受压缩升温，可在一定程度上减缓或融化积冰机翼后缘膨胀降温，易使水汽凝结，发生积冰现象，进而影响气流对飞行安全、气动特性和防冰设计都具有重要的意义气温日较差气温年较差2.2大气气象要素近地面气温一日内有一个最高值（一般出现在14时）和一个最低值（出现在日出前后），最高值和最低值之差称为气温日较差。气温日较差是由地球自转引起的太阳高度角变化造成的。2.2.1气温>>2．气温日较差和气温年较差气温日较差与纬度、季节、地形等有关。纬度：正午太阳高度角随纬度的增加而减少，理论上气温日较差随纬度增加而减少。但在实际中，副热带地区常年受副热带高压控制，晴天多、云量少，气温日较差最大季节：一般夏季气温日较差大于冬季地形：凸地的气温日较差小于平原，平原又小于凹地陆地的气温日较差大于海洋，而且距离海洋越远，气温日较差越大有植被的地区，其气温日较差小于裸地气温日较差气温年较差2.2大气气象要素一年中月平均气温的最高值与最低值之差，称为气温年较差。2.2.1气温>>2．气温日较差和气温年较差气温年较差受纬度、地表性质、地形、天气状况等影响，其变化规律与气温日较差基本一致。气温年较差是由地球公转引起的气温周期性变化。当大气处于静止状态时，某一高度上的气压值等于该高度处单位面积上所承受的上部大气柱的重量。随着高度增加，上部大气柱的长度缩短，且空气密度减小，大气柱的重量随之降低，因此气压随高度升高而减小。2.2大气气象要素气压（大气压强）：与大气相接触的面上，空气分子作用在单位面积上的力。这个力由空气分子的无规则热运动对接触面的持续碰撞产生，是空气分子热运动的宏观表现。常用的单位：百帕（hPa）和毫米汞柱（mmHg），二者的换算关系为1hPa≈0.75mmHg。2.2.2气压2.2大气气象要素2.2.2气压>>1．气压表示的形式常用的气压表示形式本站气压修正海平面气压场面气压标准海平面气压定义：测站所在海拔高度的气压值。获取：本站气压由测站气压表（计）读数经仪器订正、温度订正、纬度重力订正和高度重力订正后得到。差异：由于各测站所处地理位置及海拔高度不同，本站气压常有较大差异。定义：由本站气压推算到同一地点海平面高度上的气压值。用途：运用修正海平面气压便于分析和研究气压水平分布情况。2.2大气气象要素2.2.2气压>>1．气压表示的形式常用的气压表示形式本站气压修正海平面气压场面气压标准海平面气压定义：飞机场跑道区域的气压。根据《国际民用航空公约》的规定，飞机着陆区（跑道入口端）最高点处的气压，常用机场标高处的气压代替。飞机着陆时，常需要了解着陆机场的场面气压报告。定义：大气处于标准状态下的海平面气压，是一个常数，其值为1013.25hPa（760mmHg）。气压日较差气压年较差2.2大气气象要素定义：一天中气压的最高值与最低值之差，它反映了气压在一日内的变化幅度。2.2.2气压>>2．气压日较差和气压年较差地面气压的日变化单峰双峰三峰气压日较差的大小受下垫面（如陆地、海洋、沙漠、森林等）性质、季节和地形等因素影响，通常陆地大于海洋、夏季大于冬季、山谷大于平原，纬度越高，气压日较差越小。最为普遍，特点是一天内出现一个最高值、一个最低值和一个次高值、一个次低值，一般9～10时为最高值，15～16时为最低值，21～22时为次高值，3～4时为次低值。气压日较差气压年较差2.2大气气象要素气压年变化与纬度、下垫面性质及海拔高度密切相关。2.2.2气压>>2．气压日较差和气压年较差定义：一年中气压的最高值与最低值之差，它反映了气压在一年内的变化幅度。大陆上气压最高值出现在冬季，最低值出现在夏季，由低纬向高纬逐渐增大。海洋上气压最高值出现在夏季，最低值出现在冬季。高山上气压最高值出现在夏季，最低值出现在冬季。露点温度（简称露点）：空气中水汽含量不变、气压一定时，气温降低到使空气达到水汽饱和的温度。露点单位为℃（或K），数值只与空气中水汽含量有关，与当前气温无关。在气象工作中，常用气温与露点之差（温度露点差）来判断空气的水汽饱和程度。当温度露点差＞0时，空气的水汽未饱和当温度露点差＝0时，空气的水汽饱和2.2大气气象要素空气湿度是用来度量空气中水汽含量多少或空气干燥、潮湿程度的物理量，常用相对湿度表示。2.2.3湿度相对湿度：空气中的实际水汽压与同温度下饱和水汽压的百分比，反映空气距离水汽饱和的程度。空气完全干燥时相对湿度为0空气潮湿且接近饱和时，相对湿度接近100%温度露点差越大，空气相对湿度越小温度露点差越小，空气相对湿度越大2.3国际标准大气模型2.3.1国际标准大气的状态小贴士空气密度是表征单位体积空气质量的物理量，是直接影响无人机空气动力性能的核心参数。在气压不变时，空气密度随气温升高而减小在气温不变时，空气密度随气压升高而增大在相同气压和温度条件下，潮湿空气的密度通常小于干燥空气的密度2.2大气气象要素降水：大气中水汽凝结后，以降雨或降雪形式降落到地面上的现象。降水量：某一时段内，从天空降落到地面上的降雨或降雪（经融化后），未经蒸发、渗透、流失而在水平面上积聚的深度。2.2.4降水可按12h、24h两个时间段进行划分等级不同时段的降雨量等级划分表等级时段降雨量/mm12h降雨量24h降雨量微量降雨（零星小雨）＜0.1＜0.1小雨0.1～4.90.1～9.9中雨5.0～14.910.0～24.9大雨15.0～29.925.0～49.9暴雨30.0～69.950.0～99.9大暴雨70.0～139.9100.0～249.9特大暴雨≥140.0≥250.0不同时段的降雪量等级划分表等级时段降雪量/mm12h降雪量24h降雪量微量降雪（零星小雪）＜0.1＜0.1小雪0.1～0.90.1～2.4中雪1.0～2.92.5～4.9大雪3.0～5.95.0～9.9暴雪6.0～9.910.0～19.9大暴雪10.0～14.920.0～29.9特大暴雪≥15.0≥30.02.2大气气象要素2.2.5能见度能见度是评估大气透明度和混浊程度的关键指标，直接影响飞行员或观察员对无人机的目视监控与飞行安全。定义：能见度即气象能见度或水平能见度，是指正常视力的人，在当时天气条件下：白天能从天空背景中看到和辨认的目标物（黑色、大小适度）的最大水平距离夜晚能被看到和识别中等强度的发光体的最大水平距离2.2大气气象要素能见度主要受大气中悬浮颗粒物的影响，其测量通常由气象站使用透射仪或散射仪等专业设备自动完成，也可通过人工观测标志物进行估算。单位为米（m）或千米（km）。2.2.5能见度水平能见度等级表等级定性描述用语水平能见度（V）1优V≥10km2良2km≤V＜10km3一般1km≤V＜2km4较差500m≤V＜1km5差50m≤V＜500m6极差V＜50m请大家结合生活经验想一想，哪些天气现象或条件，会导致空气中的“杂质”增多，使我们的水平能见度降低呢？2.2大气气象要素2.2.5能见度能见度的降低通常由以下天气现象或条件引起。（1）降水雨、雪等遮挡视线（2）雾与霭大量微小水滴或吸湿性颗粒悬浮于近地面（3）沙尘、烟、霾干燥的固体颗粒或污染物悬浮于空气中，造成大气混浊（4）吹雪、扬沙强风将地面积雪或沙尘卷起，严重影响能见度2.2大气气象要素风是由空气流动形成的一种自然现象。风是一个矢量，其特征需要用方向和大小描述，气象学中对应的要素即风向（方向）和风速（大小）。2.2.6风风向是指风吹来的方向，一般用16个方位或度数来表示。以度数表示时，由北起按顺时针方向度量，如北风为0°、东风为90°、南风为180°、西风为270°。2.2大气气象要素风是由空气流动形成的一种自然现象。风是一个矢量，其特征需要用方向和大小描述，气象学中对应的要素即风向（方向）和风速（大小）。2.2.6风风速是单位时间内空气流动的水平距离，常用单位有米每秒（m/s）、千米每小时（km/h）。大气中水平风速一般为1～10m/s，台风、龙卷风等强对流天气风速为30～60m/s，极端情况下可超过100m/s。小试牛刀风向一般用个方位或度数来表示。162.2大气气象要素2.2.6风风力等级表风力等级名称风速/（m·s-1）

陆上地物征象浪高/m0无风0.0～0.2静，烟直上—1软风0.3～1.5烟能表示方向，但风向标不能转动0.12轻风1.6～3.3人面感觉有风，树叶微响，风向标能转动0.23微风3.4～5.4树叶和微枝摇动不息，旌旗展开0.64和风5.5～7.9能吹起地面灰尘和纸张，树的小枝摇动1.05劲风8.0～10.7有叶的小树摇摆，内陆的水面有小波2.06强风10.8～13.8大树枝摇动，电线呼呼有声，举伞困难3.07疾风13.9～17.1全树摇动，迎风步行感觉不便4.08大风17.2～20.7折毁微枝，迎风步行感觉阻力甚大5.59烈风20.8～24.4建筑物有小损（烟囱顶盖和平瓦移动）7.010狂风24.5～28.4陆上少见，有时可使树木拔起，建筑物损坏严重9.011暴风28.5～32.6陆上很少见，有则必有广泛损坏11.512飓风32.7～36.9陆上绝少见，摧毁力极大14.02.2大气气象要素2.2.6风（续表）风力等级名称风速/（m·s-1）

陆上地物征象浪高/m13—37.0～41.4——14—41.5～46.1——15—46.2～50.9——16—51.0～56.0——17—56.1～61.2——注：13～17级风力是当风速可用仪器测定时使用。查一查你喜欢的城市某个季节的气温、湿度、降水等气象要素，和同学对比交流，感受不同地区的天气差异。随堂检测我国规定气象台（站）所报的气温，是指离地约多少米高度处空气的温度？相对湿度是指空气中的实际水汽压与同温度下什么气压的百分比？课堂小结大气气象要素气压能见度气温湿度降水风气温变化的方式气温日较差和气温年较差气压表示的形式气压日较差和气压年较差2.3国际标准大气模型2.3国际标准大气模型国际标准大气是由国际性组织（如国际民用航空组织、国际标准化组织）颁布的一种“模式大气”，它依据实测资料，用简化方程近似地表示气温、气压和空气密度等参数的平均铅垂分布，并排列成表，形成国际标准大气表。2.3.1国际标准大气的状态国际标准大气表（部分数据）高度/m气温/℃气压/Pa空气密度/（kg·m-3）0151013251.22510008.5898751.11220002794951.0063000-4.5701090.9094000-11616400.8195000-17.5540200.7366000-24471810.6607000-30.5410610.5908000-37356000.5252.3国际标准大气模型2.3.1国际标准大气的状态（续表）高度/m气温/℃气压/Pa空气密度/（kg·m-3）9000-43.5307420.46610000-50264360.41311000-56.5226320.36412000-56.5193300.31113000-56.5165100.26514000-56.5141020.22715000-56.5120450.19416000-56.5102870.16517000-56.587870.14118000-56.575050.12119000-56.564100.103高度/m气温/℃气压/Pa空气密度/（kg·m-3）20000-56.554750.08821000-55.546780.07522000-54.540000.06423000-53.534220.05424000-52.529300.04625000-51.525110.03926000-50.521530.03427000-49.518470.02928000-48.515860.02529000-47.513630.02130000-46.511720.0182.3国际标准大气模型2.3.1国际标准大气的状态国际标准大气被看成完全气体，服从气体的状态方程，即在海平面上，国际标准大气的状态：气温为15℃，气压为一个标准大气压，空气密度为1.225kg/m3。压强，单位为Pa体积，单位为m3物质的量，单位为mol温度，单位为K气体常数，约为8.314J/2.3国际标准大气模型2.3.1国际标准大气的状态小贴士各地的实际大气参数与国际标准大气之间是存在差别的。国际标准大气所得的数据与地球北纬36°～60°（主要是欧洲）地区的平均数值相近，与我国的情况有一定的差距。2.3国际标准大气模型2.3.2国际标准大气的物理特性国际标准大气作为飞行器飞行的外部环境介质，其等物理特性，直接影响飞行器的空气动力特性与飞行安全。连续性黏性可压缩性大气是由大量分子组成的。在标准大气状态下，每1mm3的空间里含有2.7×1016个分子，每个分子都有自己的位置、速度和能量。气体分子之间的相互作用十分微弱，没有固定的形状，会充满整个容器。空气动力学中常用的连续性假设：当飞行器在空气中运动时，由于飞行器的外形尺寸远大于气体分子的平均自由程（一个空气分子经一次碰撞到下一次碰撞前平均走过的距离），因此在研究飞行器与大气之间的相对运动时，可将气体分子视为连续分布，把气体看成连续介质。2.3国际标准大气模型2.3.2国际标准大气的物理特性连续性黏性可压缩性大气的黏性是空气在流动过程中表现出的一种物理性质，主要由气体分子的不规则热运动引起。黏性力（内摩擦力）：相邻空气层之间流动速度不同时，空气分子会相互扩散、迁移，产生的牵制作用力，即相邻空气层发生相对滑动时产生的摩擦力。由于空气黏性较小，因此当物体在空气中低速运动时，黏性力不明显。但当飞行速度较大时，必须考虑黏性影响。例如当飞行器飞行速度达到3倍声速以上时，黏性力会使空气对飞行器产生严重的气动加热现象，导致结构温度急剧升高，因此必须采取相应的防热、隔热措施。气动加热现象2.3国际标准大气模型2.3.2国际标准大气的物理特性连续性黏性可压缩性定义：气体压强改变时，其密度发生变化的性质。一般认为，液体几乎不可压缩，气体易于压缩。当气流流过飞行器表面时，飞行器对气体的挤压会使压强、密度发生变化。当气流速度较低（一般小于100m/s）时，压强的变化小，密度的变化便很小，因此，研究气体的低速流动时可不考虑气体的可压缩性。当气流速度较高，尤其是气体以超声速流动时，气体可压缩性的影响便十分显著。例如飞行器超声速飞行时对空气的强烈压缩会产生激波，使飞行阻力急剧增加，此时必须考虑气体的可压缩性。激波2.3国际标准大气模型2.3.2国际标准大气的物理特性连续性黏性可压缩性在衡量气体被压缩的程度时，可以用物体在气体中某点的运动速度与该介质的声速之比来表示，这个比值称为马赫数，用字母Ma表示，其计算公式为：物体运动速度所处介质的声速飞行速度类型飞行速度类型马赫数大小低速飞行亚声速飞行跨声速飞行超声速飞行高超声速飞行小贴士无人机飞行时所处的大气从传统空气动力学的角度讲，其特性的变化是很小的，因此基本上可以认为大气是均匀气体。随堂检测国际标准大气中，海平面的气温为多少？国际标准大气的物理特性有哪些呢？马赫数等于哪两个物理量的比值？课堂小结国际标准大气模型国际标准大气的物理特性国际标准大气的状态连续性黏性可压缩性2.4影响飞行的主要因素2.4影响飞行的主要因素大气环境是无人机飞行的直接载体，它不仅影响无人机的操控稳定性和飞行效率，更直接关系到飞行任务的成败与飞行安全。2.4影响飞行的主要因素风切变：风矢量或其分量沿垂直方向或某一水平方向的变化。低空风切变：距离地面600m高度以下的风切变。2.4.1低空风切变反映研究的两点之间风速和风向的变化。低空风切变顺风切变逆风切变侧风切变垂直风切变根据无人机运动方向与风矢量之间相对关系的不同。2.4影响飞行的主要因素2.4.1低空风切变（1）顺风切变定义：无人机从较小的顺风区进入较大的顺风区，或从较大的逆风区进入较小的逆风区，以及从逆风区进入无风区或顺风区等情况。危害：使无人机升力下降，是比较危险的一种低空风切变。顺风切变（a）降落（b）起飞（2）逆风切变定义：无人机从较小的逆风区进入较大的逆风区，或从较大的顺风区进入较小的顺风区，以及从顺风区进入无风区或逆风区等情况。危害：使无人机升力增加，危害相对较轻。逆风切变（a）降落（b）起飞2.4影响飞行的主要因素2.4.1低空风切变（3）侧风切变定义：无人机从无侧风或一种侧风状态进入另一种明显不同的侧风状态的情况。危害：使无人机发生侧滑、滚转或偏航，危害较大。侧风切变（4）垂直风切变定义：无人机从轻微的升降气流区进入强烈升降气流区的情况。危害：往往会导致无人机突然下沉，易引发无人机坠毁等事故。垂直风切变2.4影响飞行的主要因素2.4.1低空风切变形成条件：需一定的天气背景和环境条件，如雷暴、积雨云等对流天气。对无人机的飞行影响：改变无人机航迹、影响无人机操控稳定性、使无人机超越跑道降落，甚至造成无人机失速坠毁。应对低空风切变的办法在起降场地安装风切变探测仪器和开发低空风切变预警系统，从而减轻和避免低空风切变对无人机飞行安全造成的影响。开展无人机飞行任务前，操控员应及时了解天气实况和预报，特别是强对流天气的短时临近预报。风切变探测仪器2.4影响飞行的主要因素2.4.2湍流定义：空气在三维空间中不规则、随机变化的涡旋运动，它表现为气流在速度、方向上发生快速、剧烈的随机起伏。与低空风切变这种具有明确指向性的突变不同，湍流更类似于使无人机遭遇颠簸的无序冲击。湍流湍流类型形成原因热力湍流由地表受热不均引起，暖空气上升形成对流泡或热泡，常见于晴朗午后的陆地、机场跑道或城市建筑群上空动力湍流气流穿越山丘、树林、高大建筑群时被迫抬升、分离与绕流，在下风方向形成涡旋与尾流区云中湍流在发展旺盛的积云、积雨云内部及边缘区域，云内强烈的上升与下沉气流相互交错，形成强度较大的湍流晴空湍流形成过程复杂，主要出现在高空急流区附近，因气流速度差异较大形成，无明显目视征兆，难以预测你知道湍流有哪些类型吗？2.4影响飞行的主要因素2.4.2湍流湍流对无人机，尤其是质量轻、惯性小的中小型无人机影响较大。瞬间破坏无人机的飞行姿态，使其出现俯仰、横滚或偏航，并易使飞行高度剧烈变化，并偏离航线造成的持续颠簸还会增加机体结构的动态载荷，加速无人机零部件的疲劳损伤影响航拍、测绘等任务的数据质量，并增加飞行控制与导航系统修正频率，从而提高能量消耗，缩短续航时间为应对日趋复杂多变的气候形势，中国气象局发布了新的气象人工智能科学模型“风源”，有效提升了预报的精准度与覆盖范围，还在计算效率上实现了指数级提升，突破了传统数值预报的算力依赖。气象人工智能科学模型的应用，为灾害应急响应、实时决策提供了关键时间窗口。2.4影响飞行的主要因素当无人机在含有过冷却水滴的云或雨中飞行时，如果机体的表面温度低于0℃，过冷却水滴撞在机体上便会立即冻结并累积起来，这种现象称为积冰。2.4.3积冰在云中、冻雨中、雨夹雪中飞行是发生无人机积冰的主要情形。积冰对无人机性能会产生很大的影响，无人机一旦发生积冰，其气动性能就会变坏，积冰会破坏无人机的流线型，增加无人机的重量，使正面阻力增大，升力和推力减小，令操纵变得困难。积冰严重时会危及飞行安全。积冰2.4影响飞行的主要因素2.4.3积冰小贴士空气湿度和露点对无人机飞行中的积冰有很大影响。积冰常发生在云中温度露点差小于7℃的范围内，其中，～0℃时多发生强积冰，对无人机的危害最大。小试牛刀在中、中、雨夹雪中飞行是发生无人机积冰的主要情形。云冻雨2.4影响飞行的主要因素能见度是决定无人机能否安全飞行的核心约束条件之一。2.4.4低能见度强浓雾强霾低能见度的主要天气现象：无GPS定位的无人机难以识别地面纹理与参照物，会出现无规则漂移（每分钟偏移5～10m），甚至误判高度（如实际高度10m，误判为20m，导致降落时硬着陆）。有GPS定位的无人机，强浓雾也常会干扰卫星信号接收，降低定位精度。无人机的激光避障系统信号衰减率可达80%以上，避障探测距离从8m缩短至1m以内，无法对树木、电线等障碍物提前预警。无人机的红外避障则会因强浓雾中水汽的红外反射出现误报或漏报。2.4影响飞行的主要因素能见度是决定无人机能否安全飞行的核心约束条件之一。2.4.4低能见度强浓雾强霾低能见度的主要天气现象：强霾中的细微颗粒物会附着在无人机镜头、超声波传感器的表面，形成“灰膜”，导致航拍画面出现“噪点”，高度测量误差增大。若颗粒物进入电机内部，还会加剧轴承磨损，缩短电机使用寿命。若强霾中含有酸性颗粒物（如硫酸雾、硝酸雾），则酸性颗粒物会腐蚀无人机金属零部件（如螺丝、接口），导致无人机出现电机无法启动、螺旋桨无法旋转等问题。2.4影响飞行的主要因素极端天气是指强度大、突发性强、破坏力显著的天气现象