《无人机结构与系统（AI赋能版） 》全套教学课件

无人机结构与系统全套可编辑PPT课件项目1无人机机体结构项目2无人机动力系统项目3无人机飞控系统项目4无人机导航系统项目5无人机其他系统无人机机体结构项目1项目导读无人机，这一汇聚了前沿科技的“智能飞行平台”，正深刻改变着我们的生产、生活方式。它源于军事，兴于民用，如今已广泛应用于测绘、巡检、物流、农业等众多领域。本项目主要介绍：首先系统介绍无人机的构成、分类与应用，建立宏观认知框架；随后深入剖析固定翼无人机、多旋翼无人机和无人直升机的机体结构，从物理本质上阐明不同构型无人机的设计原理与结构特点。任务一

初识无人机和固定翼无人机的机体结构

一

、无人机概述

二、固定翼无人机的机体结构任务二

认识多旋翼无人机和无人直升机的机体结构

一、多旋翼无人机的机体结构

二、无人直升机的机体结构项目1无人机机体结构知识目标技能目标素质目标了解无人机的构成、分类和应用了解固定翼无人机、多旋翼无人机和无人直升机的机体结构培养严谨、系统的工程思维，建立从“结构原理”到“功能实现”的技术认知逻辑牢固建立“结构安全是飞行安全根基”的理念能够辨识不同构型无人机的主要机体部件，并说明其基本功能能够根据设计要求和已知条件，对多旋翼无人机结构进行选型学习目标7任务导航任务一初识无人机和固定翼无人机的机体结构任务二认识多旋翼无人机和无人直升机的机体结构任务一初识无人机和固定翼无人机的机体结构任务引入固定翼无人机以其独特的气动布局和结构形式，在长航时、大范围作业中扮演着关键角色，熟知其机体结构，既是实现安全飞行的前提，更是进行机体维护与结构优化的基础。现有某固定翼无人机实物图如下图所示，请根据该图完成以下两个任务。

（1）图上标注：请下图中，标出该固定翼无人机的主要机体部件——机翼、机身、尾翼、方向舵、升降舵、起落架。升降舵起落架机身方向舵尾翼机翼某固定翼无人机实物图任务引入

（2）功能填写：完成标注后，请在下表中，填写各部件的核心功能（用一句话简要说明）。部件名称核心功能机翼机身尾翼方向舵升降舵起落架一

、无人机概述一、无人机概述

定义：是一种由遥控设备或自主程序控制的无人驾驶航空器。

特点：体积小、部署灵活、操作便捷、使用成本可控。使用领域使用场景

①无人机最早应用于军事领域。

②广阔的工业、民用领域。如今，工业级无人机已成为高效、精准、安全的空中作业平台与智能载体，在以下场景中发挥着不可替代的作用：

测绘勘察

基础设施巡检

物流运输

精准农业

应急救援......随着无线电、自主导航与新型材料等核心技术的持续突破，以及相关产业链的日益成熟，无人机的可靠性显著增强，制造成本大幅降低，进而迅速向下面这个领域拓展：

你知道无人机的构成具体都有哪些吗？

无论机型大小与用途如何，

其基本构成均包含：扳手机体动力系统飞控系统导航系统数据链系统任务载荷系统地面控制站各部分协同工作，共同实现无人机的自主飞行与精准作业。

无人机是一个集成多系统的复杂整体。......一、无人机概述>>（一）无人机的构成1.机体

机体是无人机的物理骨架和气动外形主体，为其他部件提供安装平台和承载结构。作为无人机的基础载体，机体的作用和影响：（1）决定了无人机的基本构型（如固定翼、多旋翼、直升机等）。（2）直接影响其飞行性能、结构强度和任务适应性。不同构型的无人机，其机体在组成、设计与核心部件上都存在显著差异。一、无人机概述>>（一）无人机的构成2.动力系统

动力系统为无人机提供飞行的推力，是决定其航时、速度、高度与载重能力的关键系统。核心功能是将储存的能源（如化学能、电能）转化为机械能。你知道无人机的动力系统可以分为哪些类型吗？根据动力来源的不同，可分为：电动系统油动系统一、无人机概述>>（一）无人机的构成3.飞控系统

飞控系统是无人机的“大脑”，负责飞行姿态的控制与自主飞行任务的执行。核心功能包括3方面:（1）实时采集各类传感器数据，精准判断无人机的飞行姿态（如俯仰、偏航、横滚）、位置与高度。（2）据地面指令或预设航线，自动调节动力输出与执行机构动作，实现自主起飞、定点悬停、航线巡航、自动返航等飞行控制。（3）具备应急响应能力，可快速应对气流干扰、部件异常等突发情况，通过自主避障、紧急降落等功能保障飞行安全。一、无人机概述>>（一）无人机的构成4.导航系统

导航系统是无人机的“定位与航向向导”。核心作用为无人机提供实时、精准的位置信息（经纬度、高度）和航向信息，确保其按预设路线飞行。

它通常融合了以下多种信息：全球卫星导航系统惯性导航系统磁罗盘视觉/激光传感器以在复杂环境下提供可靠、连续的导航解决方案。......一、无人机概述>>（一）无人机的构成5.数据链系统

数据链系统是无人机与地面控制站之间的“通信桥梁”。

主要组成扳手数传电台天线数据接口核心功能实现“双向数据传输”，确保人机交互的实时性与安全性。

数据链分为上行链路与下行链路上行链路下行链路负责将地面控制站的指令（如起飞、降落、航线调整、任务启动）传输至无人机，实现对无人机的远程操控。将无人机的飞行数据（如姿态、速度、电量）、任务载荷采集的数据（如航拍影像、测绘数据、监测数据）实时回传至地面，让操作人员直观掌握无人机的飞行状态与任务执行进度。......一、无人机概述>>（一）无人机的构成6.任务载荷系统

任务载荷系统是无人机实现“特定作业功能”的核心载体，其会根据任务需求搭载不同的任务载荷（专用设备）。

常见的任务载荷包括测绘勘察类巡检监测类物流运输类植保类应急救援类光学相机多光谱成像仪激光雷达红外热像仪声音警报器气体传感器标准货箱控保鲜箱植保药箱精准喷洒系统夜视仪抛投装置生命探测仪由于无人机的载荷承载能力受机身重量、动力性能限制，任务载荷普遍遵循“轻量化、小型化、低功耗”的设计原则，同时需具备良好的稳定性，避免飞行过程中因设备晃动影响数据精度或飞行安全。......一、无人机概述>>（一）无人机的构成7.地面控制站

地面控制站是无人机的“地面操作与监控中心”，是操作人员与无人机交互的核心平台。

主要组成扳手无线电遥控装置无线电接收机显控终端后台监控系统其功能覆盖飞行与任务的全流程：飞行前可通过软件规划飞行航线、设置任务参数（如飞行高度、飞行速度、任务触发条件）、检查各系统状态（如电量、传感器状态、数据链连接状态）。飞行中实时显示无人机的飞行数据与任务数据，操作人员可通过遥控装置手动干预飞行，或根据实际情况调整任务参数。飞行后可导出任务数据进行后续分析（如测绘数据处理、巡检报告生成），同时记录飞行日志，为设备维护、任务复盘提供依据。......一、无人机概述>>（一）无人机的构成知识拓展无人机与航模（航空模型）的核心区别体现在自主控制能力、功能定位和系统复杂度3个方面，具体概括如下。（1）自主控制能力不同：无人机搭载飞控系统、导航模块、传感器等，具备自主规划航线、定点悬停、自动返航等核心能力，可脱离人工实时遥控完成预设任务；航模则依赖人工全程遥控操作，无自主决策与执行能力，一旦失去遥控信号便会失控。（2）功能定位不同：无人机以任务执行为核心目标，可搭载云台、相机、雷达、载荷设备等，应用于测绘、巡检、农业、物流等实用场景；航模以飞行表演、竞技娱乐为主要用途，侧重飞行姿态的操控体验，一般不搭载功能性任务载荷。（3）系统复杂度不同：无人机是集飞控、导航、通信、任务载荷于一体的智能系统，部分工业级无人机还具有数据传输、避障、抗干扰等进阶功能；航模结构相对简单，主要由机架、动力系统、遥控接收装置组成，无复杂的智能控制模块。一、无人机概述>>（一）无人机的构成无人机种类繁多，不同无人机在尺寸、重量、用途等方面都有较大差异。你知道无人机的分类依据都有哪些吗？

可根据以下依据进行分类：平台构型使用领域动力装置性能指标......一、无人机概述>>（二）无人机的分类1.根据平台构型分类

根据平台构型不同，可分为固定翼无人机多旋翼无人机无人直升机无人飞艇伞翼无人机扑翼无人机......固定翼无人机、多旋翼无人机、无人直升机应用较为广泛。一、无人机概述>>（二）无人机的分类1.根据平台构型分类>>1）固定翼无人机

定义：固定翼无人机是指依靠固定机翼产生升力的无人机，如右图所示。突出优势空气动力效率高

续航时间长飞行速度快载重能力强

因此特别适合执行大范围、长航时的任务，已成为大面积地形测绘、长距离边境巡逻、广域气象监测及支线物流运输等领域的理想平台。（1）起降要求较高，通常依赖跑道、弹射器或降落伞等专用设备。（2）无法实现空中悬停与低速精细作业，必须保持持续前飞状态，因而不适合需定点持续观察的任务。（3）操作与系统复杂度相对较高，通常需要经过专业训练的飞行员操控及更复杂的飞控系统支持。

然而，固定翼无人机的构型也决定了其固有的局限：一、无人机概述>>（二）无人机的分类固定翼无人机1.根据平台构型分类>>2）多旋翼无人机

多旋翼无人机（见右图）具有多个旋翼，其通过调节各旋翼转速实现姿态控制与飞行。突出优势①结构简单、操控灵活、可垂直起降与悬停。②飞控系统高度集成、整机成本相对较低。因此广泛应用于消费级航拍、农林植保、近距离巡检及测绘建模等领域，是目前市场上普及度最高的无人机平台。（1）受当前电池技术限制，多旋翼无人机续航时间与载重能力有限。（2）在空气稀薄环境下其气动效率显著下降，因此实际飞行高度与抗风能力普遍较弱。

然而，受以下2方面的影响也有局限：一、无人机概述>>（二）无人机的分类多旋翼无人机1.根据平台构型分类>>3）无人直升机

突出特点①起降灵活、机动性强②兼具固定翼的长航时高速巡航能力与多旋翼的

垂直起降悬停优势然而，由于技术复杂、操控难度大且成本高：无人直升机（见下图）依靠主旋翼产生升力与推力，可垂直起降、空中悬停并实现全向飞行。无人直升机在市场上的普及度相对较低。

主要适用于起降空间有限、地形复杂或需要兼顾垂直起降与较长航时的特定专业任务，如电力吊装、山区运输、需要定点悬停的长距离巡检等。一、无人机概述>>（二）无人机的分类无人直升机2.根据使用领域分类

根据使用领域不同，可分为军用无人机民用无人机不同使用领域对无人机的性能要求各有侧重。一、无人机概述>>（二）无人机的分类2.根据使用领域分类>>1）军用无人机

定义：是指由军事单位操控执行军事任务的无人机。类型包括侦察无人机靶机无人战斗机对以下方面有更高的要求：灵敏度飞行高度飞行速度智能化军用无人机是技术水平最高的无人机。............一、无人机概述>>（二）无人机的分类2.根据使用领域分类>>2）民用无人机

定义：是指用于非军事用途的无人机。类型包括工业级无人机消费级无人机用于协同或代替人工完成多种专业领域任务的无人机，主要应用于巡检、航测、物流运输等领域。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。消费级无人机具有携带方便、价格普惠、功能多样等特点，操作门槛低且安全性高。对以下方面有较高的要求：人员的操控资格人员的操控技术综合成本因此需要成熟的产业链提供服务和零件。一、无人机概述>>（二）无人机的分类3.根据动力装置分类

根据动力装置不同，可分为电动无人机油动无人机一、无人机概述>>（二）无人机的分类3.根据动力装置分类>>1）电动无人机

定义：是指使用电机（本书中的电机均指电动机）作为动力来源的无人机。特点环保噪声低操作简便响应速度快维护成本低注意电动无人机的续航时间和飞行距离受电池容量和性能的限制。

因此，在长时间或长距离飞行任务中可能需要频繁更换电池。一、无人机概述>>（二）无人机的分类3.根据动力装置分类>>2）油动无人机

定义：是指使用发动机作为动力来源的无人机。特点续航能力强载重能力强飞行稳定适应性强注意油动无人机的维护和保养相对复杂，需要定期检查和更换燃油滤清器、机油等。此外，油动无人机在运行过程中会产生噪声和排放尾气，对操控人员和环境有一定的影响。一、无人机概述>>（二）无人机的分类4.根据性能指标分类

根据性能指标不同，可分为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一、无人机概述>>（二）无人机的分类4.根据性能指标分类>>1）微型无人机

定义：

是指空机重量小于

0.25

kg，最大飞行真高不超过

50

m，最大平飞速度不超过

40

km/h的无人机。小贴士真高：指无人机距离某个基准平面（如地面）的垂直高度。为了契合大众常用说法，各无人机厂家一般将最大飞行真高称为最大飞行高度。特点

无线电发射设备符合微功率短距离技术要求，全程可以随时人工介入操控的无人机。一、无人机概述>>（二）无人机的分类4.根据性能指标分类>>2）轻型无人机

特点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。定义：是指空机重量不超过

4

kg

且最大起飞重量不超过

7

kg，最大平飞速度不超过

100km/h的无人机。

不包括：

微型无人机。一、无人机概述>>（二）无人机的分类4.根据性能指标分类>>3）小型无人机

特点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。

定义：是指空机重量不超过15kg且最大起飞重量不超过25kg的无人机。

不包括：

微型、轻型无人机。一、无人机概述>>（二）无人机的分类4.根据性能指标分类>>4）中型无人机

定义：是指最大起飞重量不超过150kg的无人机。

不包括：

微型、轻型、小型无人机。你知道中型无人机不包括哪些无人机类型吗？一、无人机概述>>（二）无人机的分类4.根据性能指标分类>>5）大型无人机

定义：是指最大起飞重量超过150kg的无人机。你能区分各类型无人机的参数指标吗？空机重量最大起飞重量最大平飞速度≤

50m

≤40km/h≤4kg

≤15

kg

最大飞行真高≤7kg

≤100km/h≤25

kg

≤150

kg

＞150

kg

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≤0.25

kg

一、无人机概述>>（二）无人机的分类无人机凭借其灵活、高效、安全的作业能力，已在众多工业与专业领域成为不可或缺的工具。

其主要应用领域如下：航测巡检物流运输农林植保航测应急救援你知道无人机有哪些应用领域吗？一、无人机概述>>（三）无人机的应用

能够高效获取现势性强的地理信息数据1.航测

航测领域的主要工作是从空中拍摄地表的一系列具有重叠度的影像，并通过专业软件处理，生成多种测绘结果。VS无人机航测机动灵活不易受云层遮挡传统卫星遥感和载人航空测绘响应快速成本低廉

满足国土监察、智慧城市建设、灾害评估等领域对于数据时效性的迫切需求。......一、无人机概述>>（三）无人机的应用2.巡检

巡检领域的主要工作是对设备和系统进行巡视检查，保障其安全稳定运行。VS无人机巡检可在一定程度上解决以上问题传统人工巡检路线长工作量大环境复杂受气象条件制约严重人身安全风险高

目前已广泛应用于：巡检电力架空线路石油天然气管道通信基站风力发电叶片............一、无人机概述>>（三）无人机的应用3.物流运输

物流运输领域的主要工作包含货物的收集、装卸、运输、仓储及分配等。提升流转速度降低运输损耗控制成本核心诉求：实施、适用场景、作用：

实施：物流无人机通过空中路径实现点对点直线运输。

适用场景与作用：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。一、无人机概述>>（三）无人机的应用4.农林植保

农林植保领域的主要工作是防治病虫害、施肥、监测作物生长态势等。VS无人机农林植保传统人工作业模式效率低劳动强度大人身安全风险高可在一定程度上解决以上问题正因如此，无人机农林植保已经成为农林植保的主要发展趋势，广泛应用于水稻、小麦、棉花等大田作物的全程植保管理。......一、无人机概述>>（三）无人机的应用5.应急救援

在自然灾害和突发事故的应急响应中，无人机凭借其快速响应、灵活机动、不受地面条件限制的优势，发挥着不可替代的作用。通过搭载以下任务载荷热成像仪探照灯喊话器抛投器

可高效执行以下关键任务：灾情勘察生命搜救应急通信中继物资投送现场监控与指挥极大提升了救援行动的效率和安全性。............一、无人机概述>>（三）无人机的应用知识拓展无人机未来发展的核心是与AI技术的深度融合，并深度赋能各行各业的数字化转型，如智慧城市、考古发掘、极地科考、智能跟拍等。无人机将成为一个智能、协同、无处不在的数据采集和处理平台，深度融入各行各业的运营流程，成为推动社会效率的关键力量。一、无人机概述>>（三）无人机的应用二

、固定翼无人机的

机体结构二、固定翼无人机的机体结构

除少数特殊形式的机型外，大多数固定翼无人机的机体均由：

机翼、机身、尾翼、起落架等组成。

机翼的主要作用是产生升力，以维持固定翼无人机在空中的飞行状态，同时也会不可避免地产生飞行阻力。从以下2方面划分结构

从结构上看，机翼可视为安装在机身上的悬臂梁，根据安装位置不同，可分为：高翼（位于机身上部）中翼（位于机身中部）低翼（位于机身下部）单翼机（一对机翼）双翼机/复翼机（两对机翼）机翼数量

按机翼数量划分除作为核心升力部件外，机翼本身也是一个重要的承载与安装平台，其上可安装：

发动机、起落架、油箱等设备。二、固定翼无人机的机体结构>>（一）机翼

机翼由翼梁、纵墙、桁条、翼肋和蒙皮等部件组成，如下图所示。1.机翼的结构组成

纵向部件翼梁纵墙桁条横向部件翼肋机翼的基础框架蒙皮包裹在其外二、固定翼无人机的机体结构>>（一）机翼机翼的结构组成

翼梁是机翼的主要受力部件，其主要作用是承受机翼的弯矩和剪力。1.机翼的结构组成>>1）翼梁

常见的翼梁截面形式工字形箱形这两种结构形式能以较轻的重量提供较大的刚度和强度。工字型截面其中，工字形截面最为典型，它由中间的腹板和上下两侧的缘条（或称凸缘，主要作用为抵抗弯矩）组成。二、固定翼无人机的机体结构>>（一）机翼1.机翼的结构组成>>2）纵墙

特点

纵墙通常：缘条较弱或没有缘条。

作用与蒙皮、翼梁共同构成闭室以承受机翼的转矩作为翼肋的侧向支持点同

时纵墙几乎不承受弯矩。纵墙的结构与翼梁相似，分为前纵墙和后纵墙。二、固定翼无人机的机体结构>>（一）机翼1.机翼的结构组成>>3）桁条

作用支撑蒙皮，防止蒙皮在气动载荷的作用下鼓动或失稳。定义：桁条是与蒙皮和翼肋连接的细长纵向部件。它可使蒙皮承受的气动载荷传递到翼肋上。同

时二、固定翼无人机的机体结构>>（一）机翼1.机翼的结构组成>>4）翼肋

翼肋可分为普通翼肋和加强翼肋。（1）普通翼肋

主要功能是维持机翼的翼型，并将蒙皮和桁条传来的气动载荷传给翼梁腹板。（2）加强翼肋

在具备普通翼肋所有功能的基础上，其核心作用是局部加强。它被布置在大开口（如设备舱）、集中载荷作用点（如起落架、发动机安装处）等位置，其腹板通常更厚或带有加强筋，以承受和传递较大的集中载荷。二、固定翼无人机的机体结构>>（一）机翼1.机翼的结构组成>>5）蒙皮

定义：蒙皮是包裹在整个机翼骨架外部的壳体。

作用形成光滑的气动外形在现代机翼结构中，蒙皮与内部框架牢固结合，共同参与承受和传递载荷。同

时

特别是转矩和剪力。小贴士（1）剪力：构件为抵抗沿横截面方向的剪切错动而产生的内力。（2）弯矩：构件为抵抗沿横截面方向的弯曲变形而产生的内力偶矩。（3）转矩：又称扭矩，是构件为抵抗绕轴线发生的扭转变形而产生的内力偶矩。二、固定翼无人机的机体结构>>（一）机翼1.机翼的结构组成>>5）蒙皮

请同学们思考一下，为什么纵墙不能承受弯矩？课堂讨论纵墙通常缘条较弱或没有缘条。二、固定翼无人机的机体结构>>（一）机翼2.翼型机翼的剖面形状称为翼型，如下图所示。翼型结构名称最前端为前缘最后端为后缘连接前缘和后缘的直线为翼弦翼型类型对称翼型非对称翼型绝大多数工业级固定翼无人机都使用非对称翼型。

机翼产生的空气动力与翼型有很大关系。二、固定翼无人机的机体结构>>（一）机翼翼型3.机翼的空气动力固定翼无人机属于密度大于空气的飞行器，其能在空中飞行，必须依靠机翼持续产生升力来平衡自身重力，同时其推进系统需提供足够推力以克服飞行中所受到的阻力。

必备要素迎角空气动力的产生增升装置你知道机翼的空气动力产生需要什么要素吗？二、固定翼无人机的机体结构>>（一）机翼3.机翼的空气动力>>1）迎角

在翼型平面上，翼弦与来流（无人机飞行时，机身前方迎面而来的气流）方向的夹角为迎角，用α表示。作用

迎角是飞行中可主动调节的关键变量，改变迎角可改变机翼所产生的空气动力。二、固定翼无人机的机体结构>>（一）机翼3.机翼的空气动力>>2）空气动力的产生

气流在到达机翼前是均匀流动的，机翼上、下方的流管等宽。当气流流经机翼时，在翼型（上凸下平）和迎角的共同作用下，其流动路径会发生偏转：机翼上方的流管变窄，下方的流管变宽。由流体连续性原理可知，此时机翼上方的气流速度大于下方的气流速度。机翼上方的气流速度较大，则上翼面受到的压力较低；下方的气流速度较小，则下翼面受到的压力较高。——伯努利原理上、下翼面间形成压力差，该压力差即为作用在机翼上的空气动力。二、固定翼无人机的机体结构>>（一）机翼3.机翼的空气动力>>2）空气动力的产生

空气动力是作用于机翼表面的分布力，其合力R的作用点称为压力中心，且该合力的方向向后上方倾斜，如右图所示。

合力R可分解为两个相互垂直的分力。

两个相互垂直的分力（1）（2）垂直于来流方向的分力，即升力，用L表示，主要用于平衡飞行器的重力，并提供机动所需的法向力。平行于来流方向的分力，即阻力，用D表示，其方向与飞行方向相反，需由推进系统产生的推力来克服。二、固定翼无人机的机体结构>>（一）机翼机翼空气动力的产生3.机翼的空气动力>>2）空气动力的产生小贴士（1）流管：流体力学中用于描述流体流动路径的理想化模型，可以想象为流体在流动时自然形成的一根根“看不见的管道”，流体在管壁内流动，不会穿过管壁流出或流入。（2）流体连续性原理：该原理是质量守恒在流体流动中的体现。对于低速、可视为不可压缩的空气，其稳定流动时，在同一流管内，单位时间内流过任何横截面的流体体积（流量）恒定不变。由此可知，流管横截面面积越小的地方，流速越大；流管横截面面积越大的地方，流速越小。（3）伯努利原理：该原理是能量守恒在理想流体稳定流动中的体现。在忽略势能变化与粘性损失的情况下，沿同一流动路径，流体的动能与压力能之和保持恒定。由此可知，流速越大的地方，压力越低；流速越小的地方，压力越高。二、固定翼无人机的机体结构>>（一）机翼3.机翼的空气动力>>2）空气动力的产生

由风洞试验等可得出升力的计算公式为：L为升力；ρ为空气密度；ν为机翼与气流的相对速度；S为机翼的面积；CY为升力系数，其大小取决于翼型和迎角大小。规律对于给定的翼型，当迎角小于等于临界迎角时，升力系数与迎角成正比，随迎角的增大而增大；当迎角大于临界迎角时，升力系数将随迎角的增大而急剧减小，这一现象称为失速，因此，临界迎角也称为失速迎角。

升力系数随迎角变化的曲线如右图所示。

从式可看出，升力与空气密度、飞行速度的平方、机翼面积、升力系数成正比。二、固定翼无人机的机体结构>>（一）机翼升力系数随迎角变化的曲线3.机翼的空气动力>>3）增升装置有利因素

固定翼无人机在高速飞行时，即使迎角较小，因空速较大，其仍可产生足够的升力以维持飞行。不利因素在起飞、着陆等低速阶段，空速较小，此时若单纯靠增大迎角来补偿升力，不仅效率有限，而且可能使迎角超过临界迎角，导致气流分离和飞机失速，严重威胁飞行安全。固定翼无人机普遍配备增升装置主要功能

在低速条件下，通过可控地改变机翼形态，显著提升升力。

二、固定翼无人机的机体结构>>（一）机翼在不危及飞行安全的前提下使飞机具有良好的：①起飞性能；②着陆性能。3.机翼的空气动力>>3）增升装置固定翼无人机的增升装置常安装在机翼的前缘和后缘，分别称为前缘襟翼和后缘襟翼，二者常配合使用以实现最佳增升效果。（1）前缘襟翼

构造相对简单，通常可绕铰链向下偏转，如右图所示。

当前缘襟翼向下偏转时：能增大前缘区域的弯度，从而改善上翼面的压力分布情况；能降低实际迎角。

二者的共同作用可有效提高机翼的临界迎角，为低速飞行提供更大的安全裕度。二、固定翼无人机的机体结构>>（一）机翼前缘襟翼3.机翼的空气动力>>3）增升装置（2）后缘襟翼

应用最广泛的增升装置，其类型多样，包括简单襟翼、分裂襟翼、富勒襟翼等，如右图所示。

（a）简单襟翼（b）分裂襟翼（c）富勒襟翼当后缘襟翼向下偏转时它能显著增大机翼的整体弯度加大上下翼面的压力差以提升升力此外，部分襟翼（如富勒襟翼）在向下偏转的同时向后延伸弯度增加了机翼的有效面积进一步增强了增升效果二、固定翼无人机的机体结构>>（一）机翼需要注意的是，后缘襟翼增升的同时，也会显著增加阻力。这在降落阶段是有利的，着陆时增加的阻力有助于减速，缩短滑跑距离。后缘襟翼机身是固定翼无人机的核心承力部件。主要作用连接结构部件：

①机翼

②尾翼承载所有机载设备：

①动力设备

②飞控设备

③任务载荷

固定翼无人机的机身属于壳体结构，由内部的框架和外层的蒙皮构成。

为满足设备安装、维护检修等功能需求，机身上还必须设计有各种舱门和开口。二、固定翼无人机的机体结构>>（二）机身......1.机身的结构形式你知道固定翼无人机的机身结构形式有哪几类吗？

根据框架与蒙皮在承力过程中的作用不同，可分为3种：桁架式半硬壳式硬壳式二、固定翼无人机的机体结构>>（二）机身1.机身的结构形式>>1）桁架式（1）构成（2）特点以空间桁架作为基础框架。该空间桁架由一系列直杆（钢管、铝管等）通过焊接或螺栓连接而成；基础框架外部覆盖轻质蒙皮；桁架式结构的承力主体是基础框架，蒙皮仅起到维形作用，不参与受力。结构简单、坚固、易于维修。（3）应用早期无人机、部分低速无人机、自制或教学用无人机等。二、固定翼无人机的机体结构>>（二）机身1.机身的结构形式>>2）半硬壳式（1）构成（2）特点蒙皮与框架通过铆接或胶接牢固地结合在一起，共同承受载荷。蒙皮不仅具有维形作用，也承担了主要的剪力和转矩。重量轻、强度高、刚度高、气动外形优，是目前主流的机身结构。（3）应用绝大多数现代固定翼无人机。二、固定翼无人机的机体结构>>（二）机身1.机身的结构形式>>3）硬壳式（1）构成（2）特点没有或只有非常稀疏的内部框架，主要或完全由厚蒙皮构成一个完整的硬壳来承受所有载荷。结构效率极高，外形非常光滑；但内部空间利用可能受限制，且局部损伤影响较大。（3）应用常见于小型无人机，特别是由复合材料（如碳纤维、玻璃钢）一体成型的机身。小贴士结构效率通常指的是在满足强度、刚度要求的前提下，结构能以最轻的重量承载最大的载荷。二、固定翼无人机的机体结构>>（二）机身2.机身开口设计>>1）机身开口的核心问题

无人机机身为实现特定功能，必须设置各类开口，如设备舱门、传感器窗口、起落架舱口、线缆通道等。

然而，开口会破坏蒙皮和纵向部件的连续性，导致以下核心问题。

包括应力集中刚度削弱气动与密封挑战开口边缘，特别是转角处，会成为载荷传递路径上的“瓶颈”，产生远高于平均值的局部应力，极易引发疲劳裂纹。开口破坏了结构的完整性，显著降低机身的总体刚度和扭转刚度，可能影响气动弹性特性。开口破坏光滑气动外形，增加阻力；若处于增压舱或需防尘防水的区域，密封设计至关重要。因此，开口设计必须遵循“加强”与“补偿”的原则。二、固定翼无人机的机体结构>>（二）机身2.机身开口设计>>2）机身开口处的加强和补偿设计（1）加强框/加强环（2）厚蒙皮/加强垫板在开口边缘设置完整的加强框，用于重新分配和传递开口区域中断的载荷。这是目前最主要的结构补偿方式。增加开口周围的蒙皮厚度，或在内侧粘贴复合材料层压板、金属加强板，以补偿被削弱的材料。（3）圆角处理所有开口转角必须设计成圆角（椭圆形或圆形开口最优），以极大缓解应力集中。（4）止裂设计在开口端头设置止裂孔或采用特殊的纤维铺层，防止可能的裂纹扩展。二、固定翼无人机的机体结构>>（二）机身3.机身与机翼的连接设计

机身与机翼的连接是无人机主传力路径的关键节点，其设计需保证力的安全传递，同时兼顾维修、运输和制造成本等问题。不可拆卸式通过胶接或复合材料一体成型技术来实现连接，其结构效率高、减重效果好、外形光滑，但维修困难、运输不便，通常适用于小型高速靶机、一次性无人机等。机身与机翼的连接方式主要分为以下两大类：2）可拆卸式1）不可拆卸式二、固定翼无人机的机体结构>>（二）机身3.机身与机翼的连接设计

可拆卸式通过高强度连接件实现连接，主要形式如下表所示。机身与机翼的连接方式主要分为以下两大类：1）不可拆卸式2）可拆卸式形式设计要点特点应用集中式螺栓/插销对接在机翼根部设置少数高强度金属承力接头，用较粗的螺栓/插销进行集中对接传力可靠、结构强度高、重量大、装配精度要求高中大型无人机分散式螺栓/快卸销连接沿机翼根部设置多个螺栓/快卸销进行分散对接载荷分布均匀、较轻便、拆装较耗时通用中小型无人机卡箍/绑带式连接使用高强度卡箍/绑带环向锁紧机翼与机身的对接部位，并辅以防剪销极轻便、拆装快、抗扭抗弯能力较弱轻型低速无人机、FPV竞速机等可拆卸式连接方式二、固定翼无人机的机体结构>>（二）机身

固定翼无人机的尾翼是其核心气动部件之一。主要功能保证航向和俯仰的稳定性实现偏航和俯仰的操控

如右图所示二、固定翼无人机的机体结构>>（三）尾翼尾翼的功能常见的尾翼布局形式常规型尾翼T形尾翼和V形尾翼

如右图所示

不同布局形式的尾翼在气动效率、稳定性和隐身性等方面各有特点。（a）常规型尾翼（b）T形尾翼（c）V形尾翼二、固定翼无人机的机体结构>>（三）尾翼常见的尾翼布局形式知识拓展通过无人机重心的3条互相垂直的坐标轴为机体坐标轴，分别称为横（Y）轴、纵（X）轴和立（Z）轴，如下图所示。无人机沿横轴的运动称为左右运动，绕横轴的运动称为俯仰；无人机沿纵轴的运动称为前后运动，绕纵轴的运动称为横滚（滚转）；无人机沿立轴的运动称为升降，绕立轴的运动称为偏航。二、固定翼无人机的机体结构>>（三）尾翼尾翼的功能1.常规型尾翼

常规型尾翼是最经典、应用最广泛的尾翼布局形式，由互相独立的垂直尾翼和水平尾翼组成。（1）垂直尾翼（2）水平尾翼由水平固定面和升降舵组成水平固定面提供俯仰稳定性，确保无人机在纵向上的平衡；升降舵则用于主动控制俯仰，即操纵无人机爬升或下降。由垂直固定面和方向舵组成垂直固定面提供天然的航向稳定性，使无人机能够抵抗侧风等干扰，保持直线飞行；方向舵则用于主动控制偏航，即操纵无人机左右转向。二、固定翼无人机的机体结构>>（三）尾翼2.T形尾翼T

形尾翼是常规型尾翼的一种变体，其水平尾翼安装在垂直尾翼的顶端，形成一个“T”字形结构。主要优点能够有效避开机翼和发动机的尾流干扰从

而这类设计带来的挑战

其结构重量较大，对垂直尾翼根部强度要求高，且存在潜在的深失速风险。

因此，T形尾翼常用于高空长航时、发动机尾流影响显著的无人机，以充分发挥其布局优势。在大迎角下仍能保持良好的操控效能；且尾翼离地较高，不易受损。二、固定翼无人机的机体结构>>（三）尾翼2.T形尾翼小贴士（1）失速：当迎角超过临界值时，机翼上表面气流分离，升力急剧减小，飞机无法维持正常飞行，速度随之下降的现象。（2）深失速：飞机进入失速状态后，若迎角继续增大，机翼气流分离区向后扩展至水平尾翼，导致水平尾翼失效、速度持续下降直至失控的现象。二、固定翼无人机的机体结构>>（三）尾翼3.V形尾翼V

形尾翼采用融合设计，两个倾斜的尾翼面呈“V”字形，取消了独立的垂直尾翼和水平尾翼。核心优点气动效率高（阻力小）隐身性好结构简单明显缺点两个舵面的控制耦合性强，操纵飞行高度依赖先进飞控系统进行解耦计算；单一舵面故障的影响会交叉传递，降低了系统冗余度（保障系统在异常情况下正常运行而设置的额外安全余量）。

因此，V形尾翼主要用于对隐身性或减阻有极致要求的高性能军用无人机。二、固定翼无人机的机体结构>>（三）尾翼

固定翼无人机的起落架是其停放、地面滑跑、起飞或着陆时的主要支撑部件。

通常由以下部件组成：减振器支柱制动装置机轮收放机构

如右图所示二、固定翼无人机的机体结构>>（四）起落架起落架的结构组成

工业级固定翼无人机的起落架普遍采用三点式布局，根据主轮相对重心的位置不同可分为前三点式和后三点式，如下图所示。（a）前三点式（b）后三点式二、固定翼无人机的机体结构>>（四）起落架起落架布局形式

作为现代主流起落架布局形式，前三点式的结构为两个主轮位于飞机重心后方、一个前轮位于机身前部。1.前三点式突出优点地面滑跑稳定性强（尤其利于抗侧风）操纵视野开阔刹车效率高......不利已成为中大型高速工业级无人机的首选方案。结构相对复杂（前轮需安装转向机构），且前轮承力较大。作用二、固定翼无人机的机体结构>>（四）起落架

在后三点式布局中，两个主轮位于重心前方，机身后部设有一个尾轮或尾橇。2.后三点式突出优点

其结构简单、重量较轻，尤其适合简易跑道等粗糙场地。不利常见于部分小型或特种任务无人机。地面滑跑稳定性较差，对起飞与着陆的操纵技术要求较高。作用二、固定翼无人机的机体结构>>（四）起落架2.后三点式在大型工业级固定翼无人机领域，四川腾盾科技有限公司自主研发的双尾蝎无人机是杰出的代表。它采用独特双发、双尾撑机体布局，翼展20

m、机长10m、机高3.1m，最大航时35h，最大使用升限10000m，机身下方可搭载2个空中基站，且可挂载光电侦察吊舱、卫星通信设备、应急通信装置等关键任务载荷，供电能力可达10kW。二、固定翼无人机的机体结构>>（四）起落架2.后三点式2017年12月，双尾蝎无人机完成了国内首次大型无人机应急物资快速投递演示验证飞行，开创了大型无人机参与应急救援的新模式。2022年7月，在海拔4238m的甘孜康定机场，双尾蝎无人机完成了全球首次高原环境下全网应急通信实战测试，实现了3家基础电信运营商网络的覆盖。在2022年9月泸定地震和2024年3月雅江森林火灾中，双尾蝎无人机完成了灾情巡查及通信保障任务，以科技之力为抢险救灾提供了关键支撑。二、固定翼无人机的机体结构>>（四）起落架随堂检测

1．选择题

（1）下列选项中，不属于固定翼无人机特点的是（）。A．可以垂直升降 B．续航时间长C．飞行稳定 D．由机翼产生升力

（2）下列属于增升装置的是（）。A．扰流板 B．副翼 C．尾翼 D．后缘襟翼随堂检测

2．简答题

（1）无人机与航模的主要区别有哪些？答：①自主控制能力不同：无人机可自主飞行（自主规划航线、返航等）；航模完全依赖人工遥控。②功能定位不同：无人机用于测绘、巡检等实际任务，可搭载任务载荷；航模用于娱乐竞技，不承担作业功能。③系统复杂度不同：无人机是集飞控、导航、通信、任务载荷于一体的智能系统，功能复杂；航模结构简单，仅有基础飞行部件，无智能模块。任务实施辨识固定翼无人机的机体结构步骤1

标注固定翼无人机的主要机体部件，如下图所示。

某固定翼无人机实物图（标注后）升降舵起落架机身方向舵尾翼机翼任务实施辨识固定翼无人机的机体结构步骤2填充固定翼无人机主要机体部件的核心功能，如下表所示。

固定翼无人机主要机体部件的核心功能部件名称核心功能机翼机身尾翼方向舵升降舵起落架产生升力，支撑无人机在空中飞行连接和承载所有其他部件（如动力设备、飞控设备、任务载荷等）的主体结构，构成整体气动外形保证航向与俯仰的稳定性，并实现偏航和俯仰的操纵控制无人机的偏航，即操纵无人机左右转向控制无人机的俯仰，即操纵无人机爬升或下降支撑无人机在地面滑跑、起飞和降落，吸收着陆冲击力（填充后）课堂小结初识无人机和固定翼无人机的机体结构无人机概述无人机的构成无人机的分类无人机的应用固定翼无人机的机体结构机翼机身尾翼起落架任务二

认识多旋翼无人机和无人直升机的机体结构任务引入某城市河道巡查公司计划设计一款多旋翼无人机，用于搭载可见光与红外双光吊舱进行日常巡检。你作为一名无人机结构设计师，需根据具体的设计要求选择机体布局形式和机架，并预估机体结构的主要参数（轴数和旋翼最大直径范围）。具体要求如下：（1）视野要求：巡检任务要求吊舱的前向与下方视野尽可能开阔无遮挡。（2）重量明细：任务载荷重量（双光吊舱）为2kg，基础重量（含电池、机架、飞控系统等，不含动力单元）为4kg，每套动力单元重量为0.3kg。预估整机重量=2+4+0.3×轴数=6+0.3×轴数。（3）动力设计约束：为保证飞行安全与机动性，动力单元需满足以下不等式

（单桨最大拉力×轴数）≥整机重量×9.8×1.8

式中，9.8、1.8分别为重力加速度的值和设计安全系数。（4）机架要求：成本预算为

1500

元。现有A、B、C三种机架可选，其各项数据如下表所示。机架A、B、C的各项数据可选机架型号轴距/mm单桨最大拉力/N机架主要材料单套机架价格/元机架A55021工程塑料800机架B75030玻璃纤维1200机架C100054碳纤维2800一

、多旋翼无人机的

机体结构一、多旋翼无人机的机体结构特点核心结构

与依靠专门气动外形结构（如机翼和尾翼）飞行的固定翼无人机不同，多旋翼无人机凭借旋翼产生的空气动力来实现飞行。

因此，多旋翼无人机机体无需复杂的气动外形结构，其核心结构极为简洁，本质上是一个坚固、轻量的安装平台，该平台主要由机架与起落架两部分构成，如右图所示。多旋翼无人机的机体结构

机架是多旋翼无人机的主承力框架。1.机架的结构

核心功能为所有飞行关键部件提供一个集成化的刚性安装平台。你知道刚性安装平台包括哪两个部分吗？该平台通常由以下两个

部件刚性连接而成：中心板机臂一、多旋翼无人机的机体结构>>（一）机架

中心板作为结构枢纽。1.机架的结构>>1）中心板

功能主要负责：

集成飞控系统、动力系统等核心设备连接所有机臂一、多旋翼无人机的机体结构>>（一）机架

机臂作为动力延伸结构。1.机架的结构>>2）机臂

核心功能安装动力单元（电机、电调和旋翼）将旋翼产生的动力和操控力矩传递至整机机臂的设计主要围绕以下两个关键参数展开：（1）轴数（2）轴距一、多旋翼无人机的机体结构>>（一）机架1.机架的结构>>2）机臂>>>①轴数

机臂的设计主要围绕以下两个关键参数展开：（2）轴距

（1）轴数

机臂的数量决定了无人机的轴数。

在常规设计中，一个机臂（一轴）承载一套动力单元，因此：轴数=旋翼数N轴结构的多旋翼无人机

=N旋翼无人机一、多旋翼无人机的机体结构>>（一）机架1.机架的结构>>2）机臂>>>①轴数

相互关系轴数增加动力单元增多无人机的载重能力及抗风能力也随之增强

因此，在无人机设计过程中，轴数的选择本质上是载重能力、稳定性、系统复杂度、重量、续航能力之间的权衡，需根据具体任务需求进行合理取舍与匹配。一、多旋翼无人机的机体结构>>（一）机架存在局限然而，这也带来更多动力部件及结构部件，导致系统更复杂、重量更大、功耗更高。（一）机架1.机架的结构>>2）机臂>>>①轴数

知识拓展轴双旋翼是一种轴数小于动力单元数量的变体设计，其最典型的形式是4轴8旋翼：在4个机臂的末端，上下各安装一套动力单元（旋翼转向相反）。这种设计能在不增大机体尺寸的前提下，通过增加动力单元数量来提升整机载重能力与系统冗余度（其中一套动力单元发生故障时，另一套仍能提供升力，使无人机具备迫降或返航的能力），是工业级多旋翼无人机中常见的高可靠性解决方案。一、多旋翼无人机的机体结构>>（一）机架（一）机架1.机架的结构>>2）机臂>>>②轴距

一、多旋翼无人机的机体结构>>（一）机架机臂的设计主要围绕以下两个关键参数展开：

（1）轴数轴距是衡量多旋翼无人机尺寸的关键参数，也是其型号的重要标识（如350mm轴距机型、1

000

mm

轴距机型）。通常定义为对称布置的两个电机旋转中心之间的距离（见右图）。（2）轴距轴距（一）机架1.机架的结构>>2）机臂>>>②轴距

轴距的大小直接决定了无机可适配旋翼的最大尺寸因此，轴距的选定也是各项性能（载重能力、续航能力与机动性能）权衡的结果。一、多旋翼无人机的机体结构>>（一）机架轴距越大，可适配的旋翼尺寸通常也越大。更大的旋翼在相同转速下能产生更大的拉力，有利于提升载重能力和续航能力，但也会降低响应速度。（一）机架1.机架的结构>>2）轴距

小贴士根据轴距预估旋翼最大直径时，有一条重要经验：为预留旋翼之间的安全间隙，可适配的旋翼最大直径通常为轴距的70%～85%。举例对于1000mm的轴距，其可适配的旋翼最大直径范围通常为700～850mm。一、多旋翼无人机的机体结构>>（一）机架（一）机架2.机架的材料

除结构外，机架的材料选择也至关重要，直接影响多旋翼无人机的：

重量、强度、成本。目前主流材料有以下3类：（2）工程塑料（3）玻璃纤维

（1）碳纤维有利因素不利因素

具有优异的：①比强度（强度与密度之比）②比刚度（刚度与密度之比）

它们是实现极致轻量化与高刚性设计的首选材料。

该材料的成型方式通常为模具一体成型，需要制作碳纤维模具，成本较高；碳纤维具有导电性，在电路布局时需注意绝缘。因此，该材料主要用于高端竞速无人机、专业级航拍无人机、特种工业级无人机。一、多旋翼无人机的机体结构>>（一）机架（一）机架2.机架的材料

目前主流材料有以下3类：（3）玻璃纤维

（1）碳纤维具有一定的比强度和比刚度；通过精密的注塑工艺，能一体成型复杂结构；同时还能降低成本，实现大规模生产。

是现代消费级无人机（如大疆

Mavic/Air

系列无人机）主流的机架材料。（2）工程塑料一、多旋翼无人机的机体结构>>（一）机架（一）机架2.机架的材料

目前主流材料有以下3类：

（1）碳纤维性能与成本介于碳纤维和工程塑料之间，具有良好的比强度和比刚度，且成本远低于碳纤维；该材料的成型方式通常为手糊或模具一体成型。

是许多中端工业级、农业级无人机和大型航模的常用机架材料。（2）工程塑料（3）玻璃纤维一、多旋翼无人机的机体结构>>（一）机架多旋翼无人机起落架主要作用支撑停放防止旋翼触地减弱起飞时的地效

（地面反弹气流对稳定性的干扰）缓冲着陆冲击......按任务需求分类，可分为以下两种类型：（1）固定式起落架（2）可收放式起落架

结构简单可靠，是最常见的形式。

可在起飞后收起，为相机提供全景视野，常用于专业航测无人机。

但在航拍等任务中可能遮挡前方视野。

但其结构复杂，增加了无人机的整机重量与成本。一、多旋翼无人机的机体结构>>（二）起落架

多旋翼无人机的机体布局是指其机臂在机体平面上的几何排列方式。

机臂的布局直接决定了旋翼的位置，构成了飞行器的基础动力构型。

电机给旋翼一个转矩使旋翼旋转，旋翼必然给电机一个反转矩，该反转矩会使机身自旋，不能稳定航向。——牛顿第三定律机臂的布局设计必须遵循一个基本原则

因此，为抵消这一反转矩，布局必须保证旋翼能够成对、对称地布置，且相对的旋翼旋向相同，相邻的旋翼旋向相反。

该基本原则决定了多旋翼无人机的旋翼数量通常为偶数。一、多旋翼无人机的机体结构>>（二）起落架在满足上述动力对称性的前提下，机臂的具体排列形状便成为定义不同布局的关键。最常见的布局有两种：十字形布局X形布局你知道常见的布局有哪几种吗？一、多旋翼无人机的机体结构>>（三）多旋翼无人机的机体布局（一）机架1.十字形布局

十字形布局的经典形式是在机体的横轴和纵轴上各设置一对机臂，构成十字形4轴布局，其俯视图为“十”字形，如下图所示。（a）十字形布局十字形布局的操控逻辑较为直观：俯仰主要由纵轴上的机臂控制；横滚主要由横轴上的机臂控制。

这种控制通道与物理结构一一对应的关系，便于操作人员理解，常见于早期多旋翼无人机设计。一、多旋翼无人机的机体结构>>（三）多旋翼无人机的机体布局（一）机架2.X形布局

常见的X形布局有X形4轴、X形6轴布局，如下图所示。（b）X形4轴布局（c）X形6轴布局

其中X形4轴布局是经典的X形布局形式：其在机体横轴和纵轴划分的4个象限的对角线上，各设置一对机臂，其俯视图为“X”形。可通过在每个机臂上采用共轴双旋翼设计进行扩展，形成X形4轴8旋翼布局，其基础“X”形骨架保持不变。在此基础上一、多旋翼无人机的机体结构>>（三）多旋翼无人机的机体布局（一）机架2.X形布局

目前绝大多数多旋翼无人机采用X形布局。主要原因有两点：（1）前方视野无遮挡没有机臂位于正前方，为相机等前向载荷提供了最优的全景视野，这使其成为航拍、巡检等视觉任务的首选方案。（2）操控高效、稳定采用X形布局的无人机，可通过成对电机协同控制侧向与滚转运动，操控效率更高。此外，该布局无人机在执行单一运动时，不会产生偏航、晃动等附加干扰，飞行稳定性更优。一、多旋翼无人机的机体结构>>（三）多旋翼无人机的机体布局（一）机架2.X形布局

除以上两种常规布局外，还有一些特殊布局。举例用于三旋翼无人机的Y形布局，如下图所示。（d）Y形布局一、多旋翼无人机的机体结构>>（三）多旋翼无人机的机体布局（一）机架2.X形布局

小贴士三旋翼是少数不遵循“偶数旋翼、成对抵消”原则的多旋翼构型。它通常采用Y形布局，位于尾部的旋翼安装在一个可以左右倾斜的舵机上，通过控制尾部旋翼拉力的方向，使其产生可调节的水平分力，来平衡前方两个旋翼产生的反转矩。这种布局的优点是节省了第四套动力单元，机体重量更轻、成本更低。然而，该布局引入的活动机械部件（舵机和倾转机构）也带来了相应的代价：机械结构更为复杂，系统可靠性面临挑战，且需专门设计飞行控制算法以协调舵机动作与电机转速。三旋翼构型体现了工程设计中的一种常见权衡思路：以增加机械与控制系统的复杂度，来换取整体结构的精简与重量的减轻。一、多旋翼无人机的机体结构>>（三）多旋翼无人机的机体布局（一）机架2.X形布局

翼安科技（湖北）有限公司自主研发的XD-420无人机是一款200kg级大载重多旋翼无人机，于2025年6月完成组装下线并成功首飞，标志着湖北省宜昌市夷陵区在低空经济领域取得重要突破。XD-420无人机采用了创新的8轴16旋翼布局，这一设计使单轴推力提升了40%，整机额定载重能力超过了200kg，同时还显著提升了无人机的动力效率和飞行稳定性。该无人机机体结构采用碳纤维和航空铝材料，在强度提升50%的同时实现了20%的减重，另外，其模块化快拆桨叶设计可使维护时间缩短至5min。一、多旋翼无人机的机体结构>>（三）多旋翼无人机的机体布局（一）机架2.X形布局

在核心性能方面，XD-420无人机搭载了先进的飞控系统、GPS定位模块和双动力电源系统，可有效抑制涡流干扰，抗风能力可达8级，确保了其在复杂气候条件下的安全稳定运行。目前，XD-420无人机已成功应用于物流运输、应急救援和工业吊装等场景，并将作为行业标杆产品，为区域低空经济产业的发展提供高可靠性的平台支撑。一、多旋翼无人机的机体结构>>（三）多旋翼无人机的机体布局二、无人直升机的

机体结构二、无人直升机的机体结构

与依靠机翼产生升力的固定翼无人机，以及通过调节多个旋翼的转速来实现飞行的多旋翼无人机不同，无人直升机采用了一套独特的飞行原理。

飞行原理依靠一副大直径主旋翼产生全部升力与推力；同时通过位于机尾的尾桨来平衡主旋翼旋转时产生的反转矩。

该飞行原理的控制过程将在项目二中详细阐述，本任务主要介绍无人直升机的机体结构。无人直升机机体的核心功能与多旋翼无人机、固定翼无人机是一致的，即作为所有机载系统的基础安装平台。无人直升机机体的设计特点及要求然而，其独特的飞行方式对该平台的刚性、强度、支撑与整合大型精密部件的能力提出了更高要求，在设计与选材时需充分考虑这些特殊的工作要求。二、无人直升机的机体结构无人直升机的机体结构主要由机身和起落架组成，如下图所示。你能标注无人直升机的各组件吗？无人直升机的机体结构机身起落架二、无人直升机的机体结构机身是无人直升机的主承力骨架，如下图所示。核心功能承载动力系统、传动系统与任务载荷；承受主旋翼传递的巨大振动与交变载荷。

其设计必须满足极高的刚度与疲劳强度要求。二、无人直升机的机体结构>>（一）机身无人直升机的常见机身结构形式如下表所示。结构形式特点应用桁架式由焊接的钢管或铝管组成空间桁架，强度高、易于维修、制造成本低，但气动外形差、重量较大早期机型、大型工业级无人直升机、教学验证机半硬壳式框架和蒙皮通过铆接或胶接形成整体，在轻量化、强度与气动外形间取得良好平衡主流工业级无人直升机硬壳体采用复合材料一体成型，能实现最佳的刚度重量比，且气动外形优，但不易维修、成本高高端军用、特种作业无人直升机二、无人直升机的机体结构>>（一）机身无人直升机普遍采用滑橇式起落架，如下图所示。结构及功能由两根弯曲的滑橇管及必要的支撑结构组成；无活动部件，结构简单可靠，重量轻；能很好地适应野外、舰船甲板等不平整的起降场地。

部分大型或需要地面滑跑的机型会采用轮式起落架。二、无人直升机的机体结构>>（二）起落架为什么没有减振装置（活动部件）的滑橇式起落架，反而是多数无人直升机的首选？固定翼无人机和多旋翼无人机适合用滑橇式起落架吗？随堂讨论结构简单可靠，重量轻，能很好地适应野外、舰船甲板等不平整的起降场地。部分大型或需要地面滑跑的机型会采用轮式起落架。不适用。二、无人直升机的机体结构>>（二）起落架

机体结构是无人机的“骨骼”，决定了无人机的承载能力和飞行寿命。如今，

AI正在为这副“骨骼”的设计和维护提供新的可能。

在设计阶段，拓扑优化算法已经能够辅助工程师在保证强度的前提下，迭代出更轻的材料分布方案，这项技术在国内外的无人机设计中已有成熟应用。制造过程中，AI可对复合材料铺贴、固化等工序进行质量判别，实现对缺陷的在线识别与工艺参数的动态调整，相关技术正逐步从研究走向产线。而在服役阶段，如何让机体学会“感知自身状态”仍是探索的前沿——嵌入结构的传感器结合AI算法，有望在未来实现对疲劳损伤的早期识别，为飞行安全多添一道防线。AI的融入，正让机体结构从单纯的承力部件，向着可知、可感、可信赖的方向迈进，为无人机的安全飞行扎稳根基。二、无人直升机的机体结构>>（二）起落架随堂检测

1．选择题

（1）无人直升机普遍采用滑橇式起落架，其最主要的原因是（）。A．制造成本极高 B．具备优秀的减振性能C．结构复杂，维护不便D．结构简单可靠，可适应不平整场地（2）在执行电力巡检任务时，无人机操作人员发现飞行空域内有其他飞行活动，此时他首先应遵循的原则是（）。A．加快巡检速度，尽快结束任务 B．确保无人机在自己的视距内飞行C．主动避让，确保安全间隔 D．提升飞行高度，避免冲突随堂检测

2．简答题

（1）固定翼无人机、多旋翼无人机和无人直升机产生升力的核心部件分别是什么？

答：固定翼无人机产生升力的核心部件是机翼；多旋翼无人机产生升力的核心部件是各旋翼；无人直升机产生升力的核心部件是主旋翼。

任务实施

设计多旋翼巡检无人机结构方案步骤1根据视野要求选择X形机体布局。步骤2根据机架A、B、C的各项数据表和成本要求，选择机架B。同时可得机架B的相关数据：轴距为750

mm、单桨最大拉力为30N。步骤3将单桨最大拉力和整机重量代入不等式：

（单桨最大拉力×轴数）

≥整机重量×9.8×1.8得

30×轴数

≥（6+0.3×轴数）×9.8×1.8最终估算得轴数

≥4.28。由于轴数必须为整数，且一般为偶数，则最小可行轴数确定为6。

步骤4由可适配的旋翼最大直径通常为轴距的70%～85%可知，当轴距为750mm时，可适配的旋翼最大直径范围为525～637.5mm。点击查看机架A、B、C的各项数据表任务实施返回机架A、B、C的各项数据可选机架型号轴距/mm单桨最大拉力/N机架主要材料单套机架价格/元机架A55021工程塑料800机架B75030玻璃纤维1200机架C100054碳纤维2800课堂小结认识多旋翼无人机和无人直升机的机体结构多旋翼无人机的机体结构无人直升机的机体结构机架起落架起落架机身多旋翼无人机的机体布局项目评价本项目的学习已经完成，请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，如下表所示。

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机体结构评价项目评价内容满分/分评分/分自评互评师评知识（40%）是否了解无人机的构成、分类和应用20是否了解固定翼无人机、多旋翼无人机和无人直升机的机体结构20技能（40%）能否辨识不同构型无人机的主要机体部件，并说明其基本功能20能否根据设计要求和已知条件，对多旋翼无人机结构进行选型20项目评价

学习成果评价表（续）素质（20