无人飞行系统设计

1.本书通过几个重量专业无人飞行系统设计实例，系统性阐述了当今主流的无人飞行系统设计技术，展示了如何将航空科学应用到无人飞行系统的设计中。利用真实的案例、生动的图片以及丰富的数据详细地展示了飞行器、自动驾驶仪和地面系统的设计步骤与设计过程。读者可以通过学习本书充分了解和学习无人飞行系统设计背后的科学知识，并将其应用在实际工程中。 2.本书适合作为高年级本科生和低年级研究生的无人飞行系统、无人飞行器设计课程的大学教材或相关专业工程师的入门参考书。 3.本书在各章结尾大都提供了诸多思考题和练习题，帮助读者巩固概念并练习无人飞行系统的设计。采用该书作为教材和教辅的老师，可以通过作者邮箱：m.sadraey@snhu.edu，申请该书作者提供的习题解答。

本书涵盖了无人飞行系统设计的三大主要部分——飞行器设计、自动驾驶仪设计和地面系统设计，从系统角度对无人飞行系统的设计和分析进行了全面的介绍。全书共有14章:第1章介绍设计基础，第2章详细介绍了初步设计，第3章介绍各设计项目(推进系统、动力传动系统、起落架等不同设计项目)，第4章介绍机翼、水平尾翼、垂直尾翼以及机身的空气动力学设计，第5章介绍自动驾驶仪设计的基础知识，第6~8章分别介绍控制系统、制导系统和导航系统的设计，第9章介绍自动驾驶仪的核心器件——微控制器，第10章介绍发射和回收系统设计，第11章介绍地面控制站，第12章介绍有效载荷的选择和设计，第13章讨论通信系统的设计，第14章讨论各种设计分析和反馈。本书适合作为高年级本科生和低年级研究生的无人飞行系统、无人飞行器设计课程的教材，也可作为无人飞行器设计领域技术人员的参考书。

译者序
前言
第1章设计基础1
1.1引言1
1.2无人飞行器的分类4
1.3典型无人飞行器回顾6
1.3.1“全球鹰”7
1.3.2RQ-1A“捕食者”7
1.3.3MQ-9“捕食者”B“收割者”8
1.3.4RQ-5A“猎人”9
1.3.5RQ-7“影子200”9
1.3.6RQ-2A“先锋”9
1.3.7RQ-170“哨兵”10
1.3.8X-45A无人战斗飞行器10
1.3.9爱普生微型飞行机器人10
1.4设计项目规划11
1.5决策12
1.6设计标准、目标和优先级12
1.7可行性分析14
1.8设计小组14
1.9设计流程15
1.10系统工程方法15
1.11无人飞行器概念设计17
1.12无人飞行器初步设计21
1.13无人飞行器详细设计22
1.14设计审查、评估和反馈23
1.15无人飞行器设计步骤24
简答题26
第2章初步设计28
2.1引言28
2.2优选起飞重量估算28
2.3重量组成28
2.4有效载荷重量29
2.5自动驾驶仪重量30
2.6燃油重量31
2.7电池重量33
2.8空载重量36
2.9机翼和发动机尺寸38
2.10四旋翼飞行器构型41
简答题47
练习题48
第3章设计规程50
3.1引言50
3.2气动特性设计51
3.3结构设计52
3.4推进系统设计55
3.4.1通用设计指南55
3.4.2电动机56
3.5起落架设计58
3.6机械和动力传动系统设计60
3.7电气系统61
3.7.1基础知识61
3.7.2安全建议63
3.7.3接线图63
3.7.4电线的绝缘和屏蔽64
3.7.5电池64
3.7.6发电机66
3.8操纵面设计66
3.9安全分析70
3.9.1设计方面的经验教训71
3.9.2子系统和组件可能的故障模式73
3.10安装指南75
3.10.1GPS和罗盘75
3.10.2惯性测量单元75
3.10.3电动机75
简答题75
设计题76
练习题77
第4章空气动力学设计79
4.1引言79
4.2空气动力学基础80
4.3机翼设计81
4.3.1机翼设计流程81
4.3.2翼型选择和设计81
4.3.3机翼设计方法84
4.3.4机翼设计步骤87
4.4尾翼设计88
4.4.1设计流程88
4.4.2尾翼构型89
4.4.3水平尾翼设计方法90
4.4.4水平尾翼投影面积和尾翼力臂91
4.4.5水平尾翼翼型91
4.4.6水平尾翼安装角92
4.4.7其他水平尾翼参数93
4.5垂直尾翼设计93
4.5.1参数93
4.5.2垂直尾翼位置93
4.5.3垂直尾翼力臂93
4.5.4投影面积94
4.5.5安装角94
4.5.6其他垂直尾翼参数94
4.5.7垂直尾翼设计方法95
4.6机身设计95
4.6.1机身设计基础95
4.6.2机身内部布局96
4.6.3自动驾驶仪舱98
4.6.4很优长径比98
4.6.5机身空气动力学99
4.6.6放样100
4.6.7机身设计步骤101
4.7天线102
4.7.1固定天线102
4.7.2雷达抛物面天线102
4.7.3卫星通信天线103
4.7.4天线设计/安装103
4.8四旋翼飞行器空气动力学设计103
4.9空气动力学设计指南104
简答题105
练习题106
第5章自动驾驶仪设计基础109
5.1引言109
5.1.1自动驾驶仪和操作人员110
5.1.2自动驾驶仪的主要子系统111
5.1.3自动驾驶仪设计或选择111
5.2动力学建模112
5.2.1建模方法112
5.2.2基本模型114
5.2.3传递函数115
5.2.4状态空间表示117
5.3气动力和气动力矩117
5.3.1力和力矩方程117
5.3.2稳定性和控制导数118
5.3.3无量纲稳定性和控制导数118
5.3.4有量纲稳定性和控制导数119
5.3.5耦合稳定性导数120
5.4动力学模型的简化120
5.4.1线性化121
5.4.2解耦122
5.5固定翼无人飞行器动力学模型124
5.5.1非线性全耦合运动方程124
5.5.2非线性半耦合运动方程125
5.5.3非线性解耦运动方程125
5.5.4线性耦合运动方程125
5.5.5线性解耦运动方程127
5.5.6重新表述的（非线性半耦合）运动方程129
5.5.7无动力滑翔运动方程130
5.6动力学模型近似130
5.6.1纯俯仰运动的近似130
5.6.2纯滚转运动的近似130
5.6.3纯偏航运动的近似130
5.6.4纵向振荡模态的近似131
5.7四旋翼（旋翼）飞行器动力学模型131
5.7.1四个电动机的总推力131
5.7.2动力学模型134
5.7.3简化动力学模型135
5.8自动驾驶仪分类135
5.8.1增稳系统137
5.8.2保持功能137
5.8.3导航功能138
5.8.4指令增强系统139
5.9飞行仿真：数值方法139
5.9.1数值积分140
5.9.2MATLAB和Simulink140
5.9.3硬件在环仿真142
5.10无人飞行器飞行品质142
5.10.1基本原理142
5.10.2分级、分类和可接受等级143
5.10.3强度144
5.11自动驾驶仪设计流程144
简答题145
练习题146
第6章控制系统设计149
6.1引言149
6.2控制系统基础150
……