當前,新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在全球范圍內(nèi)興起,以無人機為代表的無人系統(tǒng)成為重要內(nèi)容之一。在全面推進科技強國建設(shè)中,無人機及無人系統(tǒng)首當其沖成為重要支撐!吨袊圃2025》中明確提出快速發(fā)展無人機產(chǎn)業(yè)化的規(guī)劃,同時在十三五國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中,也明確提出大力開發(fā)市場需求大的民用無人機。2020年,習近平總書記在視察空軍航空大學時指出要加強無人機專業(yè)建設(shè)。因此,基于當前國內(nèi)外大環(huán)境特點和現(xiàn)實遠景需求,無人機產(chǎn)業(yè)已成為近年來發(fā)展為迅速的通用航空技術(shù)領(lǐng)域之一。
次世界大戰(zhàn)期間為實現(xiàn)減少飛行員傷亡和遠程目標打擊的作戰(zhàn)目的,無人機科學技術(shù)誕生并發(fā)展至今,無人機科技和產(chǎn)業(yè)發(fā)展已經(jīng)進入百花齊放的時期,走進社會生活的方方面面。無人機具有用途廣泛、無人員傷亡風險、生存能力強、機動性能好、續(xù)航時間長等軍事用途特點,同時兼具使用方便、成本低、控制簡單的民用特點,因此在軍民用領(lǐng)域都得到了廣泛應用。中國民用消費類無人機已占全球70%左右的市場份額,這表明中國無人機制造商實現(xiàn)了中國制造升級到中國創(chuàng)造的轉(zhuǎn)型,具有十分強勁的科技創(chuàng)新能力和市場運營能力?梢灶A見的是,隨著民用無人機成為通用航空領(lǐng)域異軍突起的中國制造代表性產(chǎn)業(yè),再依托行業(yè)應用的加速推廣、消費領(lǐng)域的需求爆發(fā)以及新應用領(lǐng)域的拓展等趨勢,無人機產(chǎn)業(yè)必將成為未來航空業(yè)蓬勃發(fā)展的領(lǐng)域之一。
新興科技產(chǎn)業(yè)需要新興科技人才,新興科技人才必然要求高質(zhì)量的科技教育。在當今教育多元化的大趨勢下,必須全方位推進各層次科技教育,才能更好地提供多層次科技人才、推動新興科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展。航空航天技術(shù)是高度綜合的現(xiàn)代科學技術(shù)的代表,而無人機更是航空航天領(lǐng)域的技術(shù)和學科前沿,已成為各航空航天院校的熱門專業(yè)。目前國內(nèi)無人機教育仍然處在探索和起步階段,伴隨著近年來國內(nèi)無人機市場的井噴發(fā)展,無人機人才需求缺口也日益凸顯,尤其是無人機技能人才的缺口更大。2014年頒布的《國務院加快發(fā)展現(xiàn)代職業(yè)教育的決定》提出院校布局和專業(yè)設(shè)置應更加適應經(jīng)濟社會需求。要重點提升先進制造業(yè)、戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域的人才培養(yǎng)。對應此現(xiàn)實需求和未來愿景,中國航空學會組織行業(yè)專家編寫叢書,為無人機技能人才培養(yǎng)提供參考支撐。本叢書緊盯國內(nèi)職業(yè)教育特點,立足開展無人機專業(yè)方向職業(yè)教育,以期推動職業(yè)教育無人機應用技術(shù)專業(yè)的發(fā)展和壯大。
無人機概論基于職業(yè)教育本質(zhì)規(guī)律,對無人機的基礎(chǔ)理論做了詳細闡述,包括8個章節(jié),依次分別為: 無人機系統(tǒng)概述、無人機的系統(tǒng)組成、無人機空氣動力學基礎(chǔ)、無人機飛行性能與飛行原理、無人機平臺構(gòu)型學基礎(chǔ)、垂直起降無人機、多旋翼無人機和無人機未來發(fā)展趨勢。本書由周競賽、馮宇擔任主編,由王寅、王子源、張廣文擔任副主編。本書、二章由周競賽編寫,第三、四、七章由馮宇編寫,第五章由王寅編寫,第六章由王子源編寫,第八章由張廣文編寫,全書由周競賽和馮宇統(tǒng)稿。本書主題方向明確,章節(jié)設(shè)置合理,內(nèi)容層次分明,在編寫過程中盡量減少對讀者專業(yè)背景知識的要求,注重基礎(chǔ)性、全面性、前沿性與實用性。作為無人機專業(yè)的基礎(chǔ)教材,希望通過學習讀者可以了解無人機領(lǐng)域所涉及的基本知識、基本原理和發(fā)展概況。適合職業(yè)院校無人機相關(guān)專業(yè)學生進入無人機領(lǐng)域的入門學習,同時本書也可適用于從事無人機領(lǐng)域的相關(guān)人員和無人機愛好者,能夠為他們提供快速的入門指導。
本書在編寫過程中得到了業(yè)內(nèi)眾多專家學者的指導,同時也參考了國內(nèi)外大量文獻資料,在此對專家學者和文獻原作者表示由衷的感謝。
后,由于本書內(nèi)容涉及面較廣,且當今世界科技日新月異,因此無法做到包羅萬象。同時,由于編者水平有限,書中不妥之處懇請讀者批評、指正。
編者
2021年4月
章無人機概述
節(jié)無人機定義
一、 無人機與航模
二、 無人機與有人駕駛飛機
三、 無人機與彈道導彈
第二節(jié)無人機發(fā)展史
一、 夢想起航階段(約公元前4501917年)
二、 無人機的誕生及靶機起步階段(19091945年)
三、 初步參展、嶄露頭角(1945年至20世紀80年代末)
四、 從戰(zhàn)場崛起到發(fā)展高潮階段(20世紀90年代至今)
第三節(jié)無人機分類
一、 按照動力源分類
二、 按照不同平臺構(gòu)型分類
三、 按用途分類
四、 按尺度分類
五、 按活動半徑分類
六、 按任務高度分類
第四節(jié)無人機應用
一、 天氣預報及全球變暖的研究
二、 森林火警監(jiān)控及重大災難的搶險
三、 電力行業(yè)應用
四、 農(nóng)林、國土、環(huán)境監(jiān)測
五、 海洋監(jiān)測
六、 農(nóng)業(yè)應用
七、 航拍
八、 物流
九、 通信中繼
十、 地理測繪
十一、 警用
課后題
第二章無人機系統(tǒng)組成
節(jié)無人機系統(tǒng)組成簡介
一、 典型無人機系統(tǒng)組成
二、 飛行器
三、 飛控導航系統(tǒng)
四、 地面站
五、 通信鏈路
第二節(jié)飛行器平臺組成及結(jié)構(gòu)
一、 固定翼無人機平臺
二、 無人直升機平臺
三、 多旋翼無人機平臺
第三節(jié)飛控導航系統(tǒng)及設(shè)備
一、 飛控板
二、 傳感器
三、 執(zhí)行機構(gòu)
第四節(jié)地面站系統(tǒng)及設(shè)備
第五節(jié)通信鏈路及設(shè)備
第六節(jié)任務載荷及設(shè)備
課后題
第三章無人機空氣動力學基礎(chǔ)
節(jié)無人機空氣動力學簡介
第二節(jié)空氣動力學基礎(chǔ)知識
一、 翼型幾何特性
二、 伯努利定理
三、 升力
四、 阻力
五、 升阻比
六、 空氣動力特性影響因素
七、 翼型選擇
第三節(jié)飛行力學基礎(chǔ)知識
一、 翼面負載
二、 展弦比
三、 后掠角
四、 根梢比
第四節(jié)固定翼及旋翼無人機空氣動力學基礎(chǔ)
一、 固定翼無人機
二、 旋翼無人機空氣動力基礎(chǔ)知識
課后題
第四章無人機飛行性能與飛行原理
節(jié)無人機受力
第二節(jié)固定翼無人機飛行性能
一、 平飛性能
二、 爬升性能
三、 下降性能
四、 航程
五、 續(xù)航時間
六、 活動半徑
七、 起飛、著陸性能
第三節(jié)固定翼無人機飛行穩(wěn)定性及控制原理
一、 固定翼無人機飛行穩(wěn)定性
二、 固定翼無人機操縱原理
三、 固定翼無人機控制原理
第四節(jié)無人直升機飛行性能及飛行原理
一、 無人直升機飛行性能
二、 無人直升機操縱及控制原理
課后題
第五章無人機平臺結(jié)構(gòu)學基礎(chǔ)
節(jié)無人機常用材料與機構(gòu)特點
一、 無人機常用材料
二、 結(jié)構(gòu)制造工藝
三、 無人機結(jié)構(gòu)特點
四、 無人機載荷特點
第二節(jié)固定翼無人機平臺典型結(jié)構(gòu)
一、 結(jié)構(gòu)總體布局
二、 機身結(jié)構(gòu)
三、 機翼結(jié)構(gòu)
四、 尾翼結(jié)構(gòu)
五、 起降系統(tǒng)
第三節(jié)無人直升機典型結(jié)構(gòu)
一、 直升機布局形式
二、 直升機槳榖結(jié)構(gòu)
三、 直升機槳葉結(jié)構(gòu)
課后題
第六章垂直起降無人機
節(jié)垂直起降無人機定義與發(fā)展
一、 垂直起降無人機定義
二、 垂直起降飛行器的發(fā)展
第二節(jié)垂直起降無人機分類
一、 推力定向類
二、 推力換向類
課后題
第七章多旋翼無人機
節(jié)多旋翼無人機的概念及發(fā)展
一、 多旋翼無人機概念
二、 多旋翼無人機發(fā)展歷程
第二節(jié)多旋翼無人機的組成
一、 動力系統(tǒng)
二、 主體
三、 控制系統(tǒng)
第三節(jié)多旋翼無人機結(jié)構(gòu)布局
一、 X形布局
二、 十字形布局
三、 H形布局
四、 四旋翼無人機
五、 六旋翼無人機
六、 八旋翼無人機
第四節(jié)多旋翼無人機飛行性能與飛行原理
一、 多旋翼無人機飛行性能
二、 多旋翼無人機操縱及控制原理
課后題
第八章無人機的發(fā)展趨勢
節(jié)軍用無人機的未來
第二節(jié)民用無人機的未來
參考文獻