无人机飞行与控制

第1章 绪 论

1.1 无人机的定义、分类、特点及应用

1.1.1 无人机的定义

1.1.2 无人机的分类、特点

1.1.3 无人机的应用

1.2 无人机系统的基本构成及相应作用

1.2.1 无人机

1.2.2 控制站

1.2.3 通信链路

1.2.4 任务载荷

1.2.5 导航系统

1.2.6 发射与回收单元

1.3 无人机发展史简述

1.4 无人机的发展现状及发展趋势

第一部分 固定翼无人机系统

第2章 固定翼无人机飞行原理

2.1 固定翼无人机基本结构组成及其作用

2.1.1 机翼、机身、气动舵面、尾翼

2.1.2 自动驾驶仪

2.1.3 传感器

2.1.4 执行机构

2.1.5 通信系统

2.1.6 动力系统

2.1.7 实用载荷

2.1.8 地面设施

2.2 常规布局固定翼无人机的基本飞行和操纵原理

2.2.1 常规布局固定翼无人机的基本飞行原理

2.2.2 常规布局固定翼无人机的操纵原理

2.3 非常规布局固定翼无人机简介

小 结

思考题

第3章 固定翼无人机的基本空气动力学

3.1 升力和阻力

3.1.1 机翼的几何形状和几何参数

3.1.2 机翼的升力

3.1.3 阻 力

3.2 升阻特性

3.3 气动布局的形式及气动特性

3.3.1 正常式布局

3.3.2 鸭式布局

3.3.3 无尾布局

3.3.4 三翼面布局

小 结

思考题

第4章 固定翼无人机飞行性能

4.1 平飞、上升、下滑性能

4.1.1 定常平飞时的运动方程

4.1.2 最大平飞速度Vmax

4.1.3 最小平飞速度Vmin

4.1.4 平飞速度范围

4.1.5 定常直线上升运动方程

4.1.6 定常直线上升运动性能

4.1.7 定常下滑运动性能

4.2 续航性能

4.2.1 航程和续航时间的基本关系式

4.2.2 等高等速巡航时的航程和续航时间

4.2.3 飞机的最佳续航性能

4.2.4 最大活动半径

4.2.5 风对续航性能的影响

4.3 起降性能

4.3.1 起飞性能

4.3.2 着陆性能

4.3.3 单发停车故障的对策

4.3.4 改善起落性能的措施

4.3.5 风切变下的起落过程

4.4 机动性能

4.4.1 铅垂平面内的机动性能

4.4.2 水平平面内的机动性能

小 结

思考题

第5章 固定翼无人机的基础建模和控制

5.1 常用的坐标轴系及其转换

5.1.1 常用的坐标轴系

5.1.2 坐标系转换矩阵

5.1.3 常用坐标系之间的关系

5.2 飞行器质心动力学及运动学方程

5.3 飞行控制基本原理

5.3.1 飞行指令获取

5.3.2 飞行参数的实时感知

5.3.3 飞行器的控制方式

5.3.4 飞行控制方法

5.4 姿态控制系统的分析与设计

5.4.1 姿态控制特征及其性能指标

5.4.2 姿态控制的方案选择

5.4.3 稳定控制回路设计

5.4.4 数字式飞行控制系统设计

小 结

思考题

第6章 无人机控制执行机构

6.1 动力系统

6.1.1 燃油发动机

6.1.2 电池、电机和电调

6.2 伺服舵机系统

6.2.1 电动舵机

6.2.2 液压舵机

6.2.3 电动液压复合舵机

6.3 刹车系统

6.3.1 刹车系统的工作原理

6.3.2 刹车系统的分类和组成

6.4 伞降系统

6.4.1 无人机伞降系统简介

6.4.2 切伞装置

6.4.3 无人机伞降系统的发展方向

小 结

思考题

第二部分 多旋翼无人机系统

第7章 旋翼无人机飞行原理

7.1 旋翼无人机的基本结构组成

7.1.1 机械结构

7.1.2 自动驾驶仪

7.1.3 通信系统

7.1.4 机动化组件

7.1.5 实用载荷

7.1.6 地面设施

7.1.7 保护措施与安全设备

7.2 直升机飞行力学及飞行原理

7.2.1 直升机旋翼的作用

7.2.2 直升机的典型飞行状态分析

7.2.3 直升机的操纵

7.3 四旋翼无人机飞行力学及飞行原理

7.4 其他构型多旋翼无人机简介

7.4.1 四旋翼无人机

7.4.2 六旋翼无人机

7.4.3 八旋翼无人机

7.4.4 同轴多引擎无人机

7.4.5 H 形无人机

小 结

思考题

第8章 无人直升机的基础建模与控制

8.1 无人直升机的基础建模

8.1.1 单旋翼直升机的建模

8.1.2 共轴旋翼直升机的建模

8.2 无人直升机的控制和稳定性

8.2.1 单旋翼直升机的控制和稳定性

8.2.2 共轴旋翼直升机的控制和稳定性

8.3 无人直升机的控制系统设计

8.3.1 最优控制

8.3.2 最优预先控制

小 结

思考题

第9章 多旋翼无人机的基础建模与控制

9.1 多旋翼无人机的基础建模

9.1.1 刚体动力学模型

9.1.2 气动力和扭矩

9.2 多旋翼无人机的控制系统设计

9.3 多旋翼无人机的稳定性分析

小 结

思考题

第10章 旋翼飞行器的制导与导航系统

10.1 引 言

10.2 旋翼飞行器的嵌入式制导系统

10.2.1 任务定义和路径规划

10.2.2 飞行模式管理

10.2.3 安全程序和飞行终止系统

10.2.4 参考轨迹的实时生成

10.3 旋翼飞行器的传统导航系统

10.3.1 姿态和航向参考系统

10.3.2 坐标和速度估算

10.3.3 运用压力传感器和惯性导航系统的高度估算

10.4 视觉导航系统在小型旋翼无人机中的应用

10.4.1 导航中的视觉处理

10.4.2 实时视觉导航算法

小 结

思考题

第11章 小型四旋翼无人机系统的搭建实例

11.1 安全常识

11.2 四旋翼系统工具及零部件准备

11.2.1 需要的工具及相关使用方法

11.2.2 四旋翼无人机的组件

11.3 四旋翼系统结构装配

11.3.1 动力系统和飞控系统预调试

11.3.2 机体组装

11.4 整机调试及飞行

11.4.1 飞行准备

11.4.2 试 飞

小 结

思考题

第三部分 新构型无人机系统简介

第12章 旋翼固定翼复合无人机

12.1 旋翼固定翼复合无人机应用需求及性能特点

12.2 国内外研究概况和发展趋势

12.2.1 推力定向类旋翼固定翼复合无人机

12.2.2 推力换向类旋翼固定翼复合无人机

12.3 两类常见的旋翼固定翼复合飞行器及其控制

12.3.1 复合式高速直升机

12.3.2 倾转旋翼式飞行器

小 结

思考题

参考文献