无人机结构与系统组成-PPT课件.pptx

1、无人机结构与系统组成S7-200 PLCS7-300 PLCS7-400 PLCS7-200 PLCS7-300 PLCS7-400 PLC（1）与CPU312 IFM和CPU313配套的模块只能安装在一个机架上。（2）除了电源模块、CPU模块和接口模块外，一个机架上最多只能再安装8个信号模块或功能模块。（3）CPU314/315/315-2DP最多可扩展4个机架。（4）IM360/IM361接口模块将S7-300背板总线从一个机架连接到下一个机架。直流直流3232点输入模块的接线图点输入模块的接线图 3232点数字量晶体管输出模块的内部电路及外部端子接线图点数字量晶体管输出模块的内部电路及外

2、部端子接线图 1.1 无人机的基本结构 典型的无人机是由飞行器平台、动力系统、控制站与飞行控制系统、通信导航系统、任务载荷系统以及发射/回收系统等组成。1.1 无人机的基本结构1.1.1 固定翼无人机的基本结构 机翼 机身 尾翼 起落装置 动力装置1.1 无人机的基本结构1.1.2 多旋翼无人机的基本结构1.1 无人机的基本结构1.1.3 无人直升机的基本结构 机身 主旋翼 尾桨 操纵系统 传动系统 电动机或发动机 起落架1.2 无人机动力系统无人机动力系统电动动力系统油动动力系统油电混动系统大型、中型无人机小型、微型无人机新兴、试验阶段1.2 无人机动力系统1.2.1 电动动力系统电调遥控器

3、电源电机飞控螺旋桨接收机化学能电能电能机械能电源拉力/升力电机螺旋桨电调1.2 无人机动力系统1.2.1 电动动力系统 螺旋桨 螺旋桨安装在无刷电动机上，通过电动机旋转带动螺旋桨旋转。多旋翼无人机多采用定距螺旋桨，即桨距固定。定距螺旋桨从桨毂到桨尖安装角逐渐减小，这是因为半径越大的地方线速度越大，受到的空气反作用就越大，容易造成螺旋桨因各处受力不均匀而折断。同时螺旋桨安装角随着半径增加而逐渐减小，能够使螺旋桨从桨毂到叶尖产生一致升力。1.2 无人机动力系统1.2.1 电动动力系统 螺旋桨p螺旋桨尺寸通常用“XXXX”型数字来表示，前两位数字表示螺旋桨直径，后两位数字表示螺旋桨螺距，单位均为英寸

4、，1英寸约等于2.54厘米，螺距即桨叶旋转一周旋转平面移动的距离。（桨叶旋转一周飞机所前进的距离）p螺旋桨有正反桨之分，顺时针方向旋转的是正桨，逆时针方向旋转的是反桨。p电动机与螺旋桨的配型原则：高KV电动机配小桨，低KV电动机配大桨。1.2 无人机动力系统1.2.1 电动动力系统 电子调速器动力电机的调速系统称为电调，全称为电子调速器，英文Electronic Speed Controller,简称ESC。针对动力电机不同，分为有刷电调和无刷电调。功能:根据控制信号调节电动机的转速。1.2 无人机动力系统1.2.1 电动动力系统 电子调速器电调的连接：电调的连接：p电调的输入线与电池连接；电

5、调的输入线与电池连接；p电调的输出线（无刷三根）与电机连接；电调的输出线（无刷三根）与电机连接；p电调的信号线与接收机连接。电调的信号线与接收机连接。 电调一般有输出功能（电调一般有输出功能（BEC），即在信号线的正负极之间有），即在信号线的正负极之间有5V左右的电左右的电压输出，通过信号线为接收机和舵机供电。压输出，通过信号线为接收机和舵机供电。1.2 无人机动力系统1.2.1 电动动力系统 电子调速器电调遥控器电源电机飞控螺旋桨接收机电调输入端的红线、黑线需并联接到电池的正负极上，其输出端的3根黑线连接到电动机；其BEC信号输出线，用于输出5V电压给飞控供电和接收飞控的控制信号；遥控接收机

6、连接在飞控上，输出遥控信号，并同时从飞控上得到5V供电。1.2 无人机动力系统1.2.1 电动动力系统 电动机直流电动机是目前无人机使用最多、应用最广的动力装置。直流电动机是目前无人机使用最多、应用最广的动力装置。直流电动机直流电动机有刷直流电机有刷直流电机无刷直流电机无刷直流电机外转子无刷电机外转子无刷电机内转子无刷电机内转子无刷电机（效率低、无人机领域淘汰）（效率低、无人机领域淘汰）有刷直流电动机有刷直流电动机无刷直流电动机无刷直流电动机1.2 无人机动力系统1.2.1 电动动力系统 电动机外转子无刷电机外转子无刷电机内转子无刷电机内转子无刷电机1.2 无人机动力系统1.2.1 电动动力系

7、统 电动机观察几个外转子无刷电机的特点？不同点：直径、高矮，体积大小不同相同点：2212、2205、2213 1000KV、2300KV、920KV1.2 无人机动力系统1.2.1 电动动力系统 电动机 1、型号：以尺寸为依据2212、2205、2213 前两位是定子外径（mm）、后两位的是定子高度（mm）。定子的外径和高度越多，定子的铁芯越大，线圈绕的匝数也越多，表现出来就是电机的功率越大。当然，尺寸越大功率越大，但重量也越大。 需要注意的，此尺寸是指定子的，不是指电机外型尺寸，电机壳的厚度、散热糟形、底座高度等都影响电机外型尺寸，所以用定子尺寸做功率的判断比用外型尺寸要标准和靠谱。 无刷电

8、机的性能指标之一：1.2 无人机动力系统1.2.1 电动动力系统 电动机无刷电机的性能指标之二： 2、KV：每伏特（V）能达到的每分钟转速，转速/V。输入电压增加1伏特(V)，无刷电机空转转速（转/分钟）增加的转速值。 空转转速的计算： KV值是指电机空转没有带螺旋桨等负荷下的转速与电压的关系，如 KV是650，在11.1V电压下空转转速是 11.1650 = 7215转/分钟， KV值是900，同样电压下的空转转速是9990转/分钟。 不能通过KV比较电机的好坏，不能说KV380的比KV600的好。1.2 无人机动力系统1.2.1 电动动力系统 电池作用：为电动机的运转提供电能。作用：为电动

9、机的运转提供电能。重量重、能量密度低，渐被淘汰重量重、能量密度低，渐被淘汰镍氢电池镍铬电池锂聚合物电池能量高、小型化、轻量化，主流能量高、小型化、轻量化，主流1.2 无人机动力系统1.2.1 电动动力系统 电池 正极（正极（+ +）：导电高分子聚合物）：导电高分子聚合物 锂聚合物电池锂聚合物电池 负极（负极（- -）：锂金属或锂碳层间化合物）：锂金属或锂碳层间化合物 电解质：固态或胶态高分子电解质电解质：固态或胶态高分子电解质电池三要素：正极、负极、电解质电池三要素：正极、负极、电解质1.2 无人机动力系统1.2.1 电动动力系统 电池优点：优点： 1. 1.没有多余的电解液，因此它更可靠更稳

10、定。没有多余的电解液，因此它更可靠更稳定。 2. 2.采用铝塑包装，内部出现问题可立即通过外包装表现出来，即鼓胀。采用铝塑包装，内部出现问题可立即通过外包装表现出来，即鼓胀。 3. 3.具备高分子材料所特有的质量轻、弹性好、易成膜等特性，也顺应了化学电源质量具备高分子材料所特有的质量轻、弹性好、易成膜等特性，也顺应了化学电源质量轻、安全、高效、环保的发展趋势。轻、安全、高效、环保的发展趋势。1.2 无人机动力系统1.2.1 电动动力系统 电池观察几个锂聚合物电池的特点？观察几个锂聚合物电池的特点？不同点：片数不同、体积大小不同、数据不同不同点：片数不同、体积大小不同、数据不同相同点：相同点：S

11、1PS1P、V V、mAhmAh、C C、WhWh电池性能指标电池级数电池电压电池容量放电能力1.2 无人机动力系统1.2.1 电动动力系统 电池S:S:电池的串联级数电池的串联级数S1P:S1P:几块电池串联在一起组成电池组几块电池串联在一起组成电池组 2S1P 2S1P、3S1P3S1P、 4S1P 12S1P 4S1P 12S1P 电池的性能指标之一电池的性能指标之一: : 串联级数串联级数1.2 无人机动力系统1.2.1 电动动力系统 电池电压：用伏特（电压：用伏特（V V）来表示）来表示 标称电压：厂家按照国家标准标示的电压，额定电压，可用来鉴别电池类型。标称电压：厂家按照国家标准标

12、示的电压，额定电压，可用来鉴别电池类型。 使用时电池的电压是不断变化的。使用时电池的电压是不断变化的。 电池的性能指标之二电池的性能指标之二: : 电池电压电池电压电池类型电池类型标称电压标称电压充电后电压充电后电压放电后保护电压放电后保护电压保存电压保存电压锂聚合物电池3.7V4.2V3.6V3.8V镍氢电池1.2V1.5V1.1V1.5V1.2 无人机动力系统1.2.1 电动动力系统 电池 电池的性能指标之二电池的性能指标之二: : 电池电压电池电压Y 值, 0, 4.2Y 值, 1, 3.7Y 值, 2, 3.69Y 值, 3, 3.68Y 值, 4, 3.67Y 值, 5, 3.66Y

13、 值, 6, 3.65Y 值, 7, 3.64Y 值, 8, 3.63Y 值, 9, 3.6Y 值, 10, 32.52.72.93.13.33.53.73.94.14.3012345678910电池电压（电池电压（V V）放电时间（放电时间（minmin）锂聚合物电池放电时间图锂聚合物电池放电时间图1.2 无人机动力系统1.2.1 电动动力系统 电池容量：用毫安时（容量：用毫安时（mAhmAh）来表示）来表示 即电池以某个电流来放电能维持一小时。即电池以某个电流来放电能维持一小时。 1000mAh 1000mAh：电池能保持：电池能保持10001000毫安（毫安（1 1安培）放电一小时。安培

14、）放电一小时。 电池的性能指标之三电池的性能指标之三: : 电池容量电池容量1.2 无人机动力系统1.2.1 电动动力系统 电池 电池的性能指标之四电池的性能指标之四: : 放电能力放电能力放电能力：用倍率（放电能力：用倍率（C C）来表示，按照电池的标称容量最大可达到多大的放电电流。）来表示，按照电池的标称容量最大可达到多大的放电电流。 例：一个例：一个1000mAh1000mAh、10C10C的电池，最大放电电流可达：的电池，最大放电电流可达： 100010=10000 100010=10000毫安，即毫安，即1010安培（安培（A A） 1.2 无人机动力系统1.2.1 电动动力系统 电

15、池 电池的性能指标之四电池的性能指标之四: : 放电能力放电能力实际使用中，电池的放电电流究竟是多少与负载电阻有关。实际使用中，电池的放电电流究竟是多少与负载电阻有关。 ？思考：使用？思考：使用11.1V、1000mAh、10C的电池，电动机电阻是的电池，电动机电阻是1.5，则在电池有，则在电池有12V电压的电压的情况下，忽略电调和线路的电阻不计，电流是多少？情况下，忽略电调和线路的电阻不计，电流是多少？ 电流电流=121.5=8安培（安培（A）1.2 无人机动力系统1.2.1 电动动力系统 电池充电倍率：充电倍率：充电倍率充电倍率=充电电流充电电流/额定容量，用来指导选择合适的充电器。额定容

16、量，用来指导选择合适的充电器。 例：一个电池容量例：一个电池容量4000mAh4000mAh，充电倍率，充电倍率5C5C的电池，使用的充电器最大充电电流为：的电池，使用的充电器最大充电电流为： 40005=20000 40005=20000毫安，即毫安，即2020安培（安培（A A） 1.2 无人机动力系统1.2.1 电动动力系统 电池练习：练习：某某无人机锂聚合物无人机锂聚合物电池上标有电池上标有12000mAh、25C、6S1P的数据，如的数据，如果果两块相同的电池串两块相同的电池串联，在满电状态下，电压为多少，可以持续放出电流最大为多少安培联，在满电状态下，电压为多少，可以持续放出电流最

17、大为多少安培？如果两块电池并联呢？如果两块电池并联呢？串联：串联： 满电电压：满电电压：4.2V62=50.4V 最大放电电流：最大放电电流：1200025=300000mA=300A并联：并联： 满电电压：满电电压：4.2V6=25.2V 最大放电电流：最大放电电流：12000225=600000mA=600A串联分压串联分压并联分流并联分流1.2 无人机动力系统1.2.1 油动力系统 活塞式发动机 活塞式发动机也叫往复式发动机，由气缸、活塞、连杆、曲轴、气门机构、螺旋桨减速器、机匣等组成主要结构。活塞式发动机属于内燃机，它通过燃料在气缸内的燃烧，将热能转变为机械能。活塞式发动机系统一般由发

18、动机本体、进气系统、增压器、点火系统、燃油系统、启动系统、润滑系统以及排气系统构成。活塞的结构1.2 无人机动力系统1.2.1 油动力系统 燃气涡轮发动机航空涡轮发动机的组成1进气道 2压气机 3燃烧室 4燃气涡轮 5尾喷管6加力燃烧室 7喷油嘴 8加力喷油嘴 9可调喷口作动筒1.2 无人机动力系统1.2.1 油动力系统 燃气涡轮发动机涡桨发动机的组成1螺旋桨减速器 2进气口 3压气机 4燃烧室5燃气涡轮 6喷管1.3 无人机控制站与飞行控制系统1.3.1 无人机控制站 无人机地面站也称控制站、遥控站或任务规划与控制站。在规模无人机地面站也称控制站、遥控站或任务规划与控制站。在规模较大的无人机

19、系统中，可以有若干个控制站，这些不同功能的控制较大的无人机系统中，可以有若干个控制站，这些不同功能的控制站通过通信设备连接起来，构成无人机地面站系统。站通过通信设备连接起来，构成无人机地面站系统。1.3 无人机控制站与飞行控制系统1.3.1 无人机控制站功能：功能：u指挥调度功能主要包括上级指令接收、系统之间联络、系统内部调度；指挥调度功能主要包括上级指令接收、系统之间联络、系统内部调度；u任务规划功能主要包括飞行航路规划与重规划、任务载荷工作规划与重规划；任务规划功能主要包括飞行航路规划与重规划、任务载荷工作规划与重规划；u操作控制功能主要包括起降操纵、飞行控制操作、任务载荷操作、数据链控制

20、；操作控制功能主要包括起降操纵、飞行控制操作、任务载荷操作、数据链控制；u显示记录功能主要包括飞行状态参数显示与记录、航迹显示与记录、任务载荷显示记录功能主要包括飞行状态参数显示与记录、航迹显示与记录、任务载荷信息显示与记录等。信息显示与记录等。1.3 无人机控制站与飞行控制系统1.3.2 飞控系统飞控系统的工作流程1.4 无人机通信导航系统 无人机通信导航系统由机载设备和地面设备组成。机载设备也称机载数据终端，包括机载天线、遥控接收机、遥测发射机、视频发射机和终端处理机等。地面设备包括由天线、遥控发射机、遥测接收机、视频接收机和终端处理机构成的测控站数据终端，以及操纵和监测设备。1.5 无人

21、机任务载荷系统1.5.1 任务载荷的概念 任务载荷是指那些装备到无人机上为完成某种任务的设备的总称，包括执行电子战、侦察和武器运输等任务所需的设备。无人机的任务载荷的快速发展极大地扩展了无人机的应用领域，无人机根据其功能和类型的不同，其上装备的任务载荷也不同。1.5 无人机任务载荷系统 任务载荷是指那些装备到无人机上为完成某种任务的设备的总称，包括执行电子战、侦察和武器运输等任务所需的设备。无人机的任务载荷的快速发展极大地扩展了无人机的应用领域，无人机根据其功能和类型的不同，其上装备的任务载荷也不同。 常用的任务载荷有：倾斜摄影相机、光学照相机、红外线热像仪、空中喊话器、空中探照灯、气体检测仪、红外相机、激光雷达等。1.6 无人机发射/回收系统 发射与回收技术的应用有，从在现成的场地上进行的常规起飞及降落，到使用旋转翼或风扇系统垂直降落等。弹射也是无人机常用的发射方式，它使用引爆式火箭或气动、液压两者结合的方式。 无人机的发射方法有很多，目前常见的发射方式有起落架滑跑、起飞跑车滑跑、母机空中发射、发射架上发射或弹射、容器(箱式)内发射或弹射、火箭助推、垂直起落、缆绳系留、手抛和自动发射等方法。 无人机的回收方式主要有伞降回收、撞网回收、起落架滑轮着陆、空中勾取回收等。