无人机飞行与控制

本书从无人机的控制角度入手，侧重不同构型无人机的飞行力学及控制方法介绍，让读者从无人机最核心的飞行原理及控制层面去了解无人机。此外，本书在介绍理论知识的同时，还兼顾无人机的操作实践，以最朴实的语言向读者简单介绍了一架小型四旋翼无人机从拼装制作到控制调试飞行的全过程，力争让读者更直观地了解无人机。全书按照无人机的构型分为三个部分，共12章。本书适合航空相关专业的本科生学习或具有一定基础的无人机相关行业读者参考。

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优选平飞速度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飞机的很好续航性能
4.2.4优选活动半径
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
7.4.5H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很优控制
8.3.2很优预先控制
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