一、飞行器
飞行器是由人类制造、能飞离地面、在大气层内或大气层外空间飞行的机械飞行器。在大气层内飞行的称为航空器,在太空飞行的称为航天器。
无人机系统飞行器平台“简单”的五个方面:
(1)无需生命支撑系统,平台规模尺度小,更加简化。
(2)无需考虑过载、耐久等人为因素,平台更加专用化。
(3)为降低采购价格,相对于有人挤在一定程度上放宽了可靠性指标。
(4)对场地、地面保障等依赖减小。
(5)训练可大量依赖于模拟器,节省飞行器实际使用寿命。
二、航空器平台
1.固定翼
固定翼航空器平台即日常生活中提到的“飞机”,是指由动力装置产生前进的推理或拉力,由机体上固定的机翼产生升力,在大气层内飞行的重于空气的航空器。
无人机固定翼平台
固定翼结构包含机身、机翼、尾翼、起落架和发动机等。
机身:机身的主要功用是装在设备、燃料和武器等,同事它是其他结构部件的安装基础,用以将尾翼、机翼、起落架等连接成一个整体。
固定翼飞行器机身结构
机翼:机翼是固定翼飞行器产生升力的部件,机翼后缘有可操作地点活动面,一半靠外侧的叫作副翼,用于控制飞机的滚转运动,靠内侧的则是襟翼,用于增加起飞着陆阶段的升力。
固定翼飞行器机翼结构
尾翼:尾翼是用来配平、稳定和操纵固定翼飞行器飞行的部件,通常包括垂直尾翼(垂尾)和水平尾翼(平尾)两部分。垂直尾翼由固定的垂直安定面和安装在其后部的方向舵组成;水平尾翼由固定的水平安定面和安装在其后部的升降舵组成,一些型号的飞机升降舵由全动式水平尾翼代替。方向舵用于控制飞机的横向运动,升降舵用于控制飞机的纵向运动。
起落架:起落架是用来支撑飞行器停放、滑行、起飞和着陆滑跑的部件,一般由支柱、缓冲器、刹车装置、机轮和收放机构组成。陆上飞机的起落装置一般有减震支柱和机轮组成,此外还有专供水上飞机起降的带有浮筒装置的起落架和学第七讲用的滑撬式起落架。
2.旋翼平台
旋翼平台即旋翼航空器平台,旋翼航空器是一种重于空气的航空器,其在空中飞行的升力由一个或多个旋翼与空气进行相对运动的反作用获得,与固定翼航空器为相对的关系。现代旋翼航空器通常包括直升机、旋翼机和变模态旋翼机三种类型。
旋翼航空器因为其名称与旋翼机混淆,实际上旋翼机的全称为自传旋翼机,是旋翼航空器的一种。
2.直升机
直升机是一种由一个或多个水平旋转的旋翼提供升力和推进力而进行飞行的航空器。直升机具有大多数固定翼航空器所不具备的垂直升降、悬停、小速度向前或向后飞行的特点。弱点在于速度低、耗油量较高、航程较短。
直升机的升力产生原理与机翼相似。旋翼不像固定翼航空器那样依靠整个机体向前飞行来使机翼与空气产生相对运动,而是依靠自身的旋转产生与空气的相对运动。但是,在旋翼提供升力的同时,直升机身也会因反扭矩(与驱动旋翼旋转等量但方向相反的扭矩,即反作用扭矩)的作用而具有向反方向旋转的趋势。为了克服“旋翼”旋转产生的反作用扭矩,常见的做法是用另一个小型旋翼,即尾桨,在机身尾部产生抵消反向运动的力矩。
3.多轴飞行器
多轴飞行器是一种具有三个及以上旋翼轴的特殊的直升机。其通过每个轴上的电动机转动,带动旋翼,从而产生升推力。旋翼的总距固定,而不像一般直升机那样可变。通过改变不同悬疑之间的相对转速,可以改变单轴推进力的大笑,从而控制飞行器的运行轨迹。
3.旋翼机
自传旋翼机简称旋翼机或自旋翼机,是旋翼航空器的一种。它的旋翼没有动力装置驱动,仅依靠前进时的相对气流吹动悬疑自转以产生升力。旋翼机大多有独立的推进或拉进螺旋桨提供前飞动力,用尾翼控制方向。旋翼机必须像固定翼航空器那样滑跑加速才能起飞,少数安装有跳飞装置的旋翼机能够原地跳跃起飞,但旋翼机不能像直升机那样进行稳定的垂直起降和悬停。
自转旋翼机无人机平台
一架具备基本功能的自转旋翼机通常包括机身、动力系统、旋翼系统、尾翼和起落架五个部分。
机身:提供其他部件的安装结构。
动力系统:提供旋翼机向前飞行的推力,在飞行时和旋翼系统无关。
旋翼系统:提供旋翼机飞行所必须的升力的控制能力。常见的是带桨榖倾斜控制的蹊跷板式旋翼,也可以采用全铰式旋翼。
尾翼:提供稳定性和俯仰、偏航控制,和固定翼飞机的尾翼功能类似。
起落架:提供在地面上的移动能力,类似于固定翼飞机的起落架。最常见的为前三点式起落架。
4.其他平台
除了上诉几种主流航空器类型外,扑翼机和变模态旋翼机也是现代航空器的重点研究方向。
扑翼机是通过像鸟类和昆虫那样上下扑动自身翅膀而升空飞行的航空器,又称振翼机。作为一种仿生学的机械,扑翼机与它模仿的对象一样,以机翼同时产生升力和推进力。但也由于升力和推进力由同一部件产生,设计的工程力学和空气动力学问题非常复杂,其规律尚未被人类完全掌握。
倾转旋翼机是一种典型的变模态旋翼机平台,也叫可倾斜旋翼机,是一种同时具有旋翼和固定翼功能,并在机翼两侧各安装有一套可在水平和垂直位置之间转动的可倾转旋翼系统的航空器。优势在于兼具直升机和固定翼飞机飞机的优点,应用前景十分看好。
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