无人机驾驶员航空知识手册
目 目
录
1
概述
1.1
无人机的定义
1.2
无人机的分类
1.3
无人机的发展 2
系统的组成及介绍
2.1
飞行器 2.1.1
航空器平台 2.1.2
动力装置 2.1.3
导航飞控系统 2.1.4
电气系统 2.1.5
任务设备
2.2
控制站 2.2.1
系统组成 2.2.2
显示系统 2.2.3
操纵系统
2.3
通信链路 2.3.1
机载终端与天线 2.3.2
地面终端与天线 3
飞行原理与飞行性能
3.1
国际标准大气
3.2
无人机空气动力学基础
3.2.1
速度与加速度
3.2.2
牛顿三大运动定律
3.2.3
力的平衡
3.2.4
伯努利定律
3.2.5 翼型和机翼升力系数
3.2.6
机翼翼载
3.2.7
升力的来源
3.2.8
阻力和升阻比
3.2.9
失速
3.3
机动飞行中的空气动力
3.3.1
转弯受力
3.3.2
爬升受力
3.3.3
下降受力
3.4
飞机的飞行性能
3.4.1
滑翔
3.4.2
俯冲
3.4.3
爬升
3.5
飞机的稳定性
3.5.1
飞机的纵向稳定性
3.5.2
飞机的航向稳定性
3.5.3
飞机的横向稳定性
3.5.4
荷兰滚
3.5.6
尾旋不稳定
3.6
重量与平衡
3.6.1
松杆和握杆稳定性
3.6.2
静稳定裕度
3.7
无人机发射回收方式
3.7.1
发射方式
3.7.1
回收方式 4
气象
4.1
大气成分及基本要求
4.1.1
大气成分与结构
4.1.2
大气的基本要求
4.1.3
基本天气现象
4.2
大气特性
4.2.1
大气压力
4.3
大气的对流运动
4.3.1
对流产生的原因
4.3.2
对流冲击力
4.3.3
风的模式
4.3.4
障碍物对风的影响
4.4
大气稳定度
4.4.1
湿气和温度
4.4.2
相对湿度
4.4.3
温度/露点关系
4.4.4
确定空气到达饱和点的方法
4.4.5
露和霜
4.4.6
雾
4.4.7
云
4.5
气团与锋的概念及锋面天气
4.5.1
气团
4.5.2
气团的变性和天气
4.5.3
锋面极其分类
4.5.4
暖锋
4.5.5
冷锋
4.5.6
锋的转向
4.5.7
静止锋
4.6
严重影响飞行的气象
4.6.1
雷暴
4.6.2
积冰
4.6.3
积冰的形成、强度
4.6.4
能见度
4.6.5
山地气流和对飞行的影响
4.6.6
低空风切变
4.7
航空气象资料分析和应用
4.7.1
地面天气图
4.7.2
卫星云图
4.7.3
各种天气预报图
4.8
服务设施
4.9
国内天气获取途径 5
空域与机场、起降场
5.1
空域知识
5.1.1
空域的概念
5.1.2
空域的分类
5.2
空域运行要求
5.2.1
概况
5.2.2
申报飞行空域
5.2.3
申报飞行计划
5.2.4
紧急飞行计划的申报
5.3
机场、起降场
5.3.1
概念
5.3.2
机场、起降场标志
5.3.3
机场灯光 6
任务规划
6.1
概念与功能
6.1.1
概念与目标
6.1.2
主要功能
6.2
约束条件与原则
6.2.1
约束条件
6.2.2
原则
6.3
分类与方法
6.3.1
任务规划分类
6.3.2
任务描述与分解
6.3.3
航迹规划
6.3.4
应急预案
6.4
案例
7
旋翼无人机
7.1
旋翼无人机分类及主流布局形式
7.1.1
旋翼无人机的分类
7.1.2
单旋翼带尾桨无人直升机
7.1.3
共轴无人直升机
7.1.4
多轴无人飞行器
7.2
构造
7.2.1
旋翼
7.2.2
尾桨
7.2.3
传动系统
7.2.4
操纵系统
7.3
飞行原理与性能
7.3.1
直升机的力和力矩
7.3.2
旋翼的挥舞和摆振运动
7.3.3
地面效应
7.3.4
直升机的运动
7.3.5
直升机的操纵模式
7.3.6
直升机的飞行性能 8
无人机飞行手册和其他文档
8.1
无人机飞行手册
8.1.1
概述（第一部分）
8.1.2
正常程序（的二部分）
8.1.3
应急程序（第三部分）
8.1.4
性能（第四部分）
8.1.5
飞行限制（第五部分）
8.1.6
重量和配平/载荷清单（第六部分）
8.1.7
系统描述（第七部分）
8.1.8
运行、保养和维护（第八部分）
8.1.9
附录（第九部分）
8.1.10
安全提示（第十部分）
8.2
无人机档案
8.2.1
无人机国籍登记
8.2.2
无人机特许适文件
8.3
无人机的维护
8.3.1
无人机的检查
8.3.2
无人机所有者/运营者职责
1 1 概述
1.1 无人机的定义 无人驾驶航空器（UA：Unmanned Aircraft）是由遥控站管理（包括远程操纵或自主飞行）的航空器，也称遥控驾驶航空器（RPA：Remotely Piloted Aircraft），以下简称无人机。
无人机系统(UAS：Unmanned Aircraft System)，也称无人驾驶航空器系统（RPAS：Remotely Piloted Aircraft System）。是由无人机、相关的遥控站、所需的指令与控制数据链路以及批准的型号设计规划的任何其他部件组成的系统。
图 1-1 无人机系统 无人机系统驾驶员，由运营人指派对无人机的运行负有必不可少职责并在飞行期间适时操纵飞行控制件的人。无人机系统的机长，是指在系统运行时间内负责整个无人机系统运行和安全的驾驶员。
1.2 无人机的分类 近年来，国内无人机技术的飞速发展，无人机系统种类繁多、用途广泛、特点鲜明。致使其在尺寸、质量、航程、航时、飞行高度、飞行速度、性能和特征以及任务等多方面都有较大差异。由于无人机的多样性，出于不同的考量会有不同的分类方法，且不同的分类方法相互交叉、边界模糊。
无人机可按飞行平台构型、用途、尺度、活动半径、任务高度等方法进行分类。
按飞行平台构型分类：无人机可分为固定翼无人机、旋翼无人机、无人飞艇、伞翼无人机、扑翼无人机等。
按用途分类：无人机可分为军用无人机和民用无人机。军用无人机可分为侦查无人机、诱饵无人机、电子对抗无人机、通信中继无人机、无人战斗机及靶机等；民用无人机可分为巡查/监视无人机、农用无人机、气象无人机、勘探无人机及测绘无人机等。
图 1-2 微型和轻型无人机 按尺度分类（民航法规）：无人机可分为微型无人机、轻型无人机、小型无人机及大型无人机。微型无人机，是指空机质量小于等于 7 千克的无人机。轻型无人机，是指空机质量大于 7 千克，但小于等于 116 千克的无人机，且全马力平飞中，校正空速小于 100 千米/小时（55 海里/小时），升限小于 3000 米。小型无人机，是指空机质量小于等于 5700 千克的无人机，微型和轻型无人机除外。大型无人机，是指空机质量大于 5700 千克的无人机。
图 1-3 小型和大型无人机
按活动半径分类：无人机可分为超近程无人机、近程无人机、短程无人机、中程无人机和远程无人机。超近程无人机活动半径在 15km 以内，近程无人机活动半径在 15~50km之间，短程无人机活动半径在 50~200km 之间，中程无人机活动半径在 200~800km 之间，远程无人机活动半径大于 800km。
按任务高度分类：无人机可分为超低空无人机、低空无人机、中空无人机、高空无人机和超高空无人机。超低空无人机任务高度一般在 0~100m 之间，低空无人机任务高度一般在 100~1000m 之间，中空无人机任务高度一般在 1000~7000m 之间，高空无人机任务高度一般在 7000~18000 之间，超高空无人机任务高度一般大于 18000m。
1.3 无人机的发展 无人机的诞生可以追溯到 1914 年。当时第一次世界大战正进行的如火如荼，英国的卡德尔和皮切尔两位将军，向英国军事航空学会提出了一项建议：研制一种不用人驾驶，而用无线电操纵的小型飞机，使它能够飞到敌方某一目标区上空，投下事先装在其上的炸弹。
随着无人机技术的逐步成熟，到了 30 年代，用过政府决定研制一种无人靶机，用于验校战列舰上的火炮对目标的攻击效果。1933 年 1 月，由“费雷尔”水上飞机改装成的“费雷尔²昆士”无人机试飞成功。此后不久，英国又研制出一种全木结构的双翼无人靶机，命名为“德²哈维兰灯蛾”。在 1934~1943 年间，英国一共生产了 420 架这种无人机，并重新命名为“蜂王”。
图 1-4AQM—34“火蜂” 到了20世纪60年代冷战期间，美国U—2有人驾驶侦察飞机前往前苏联侦查导弹基地，被击落且飞行员被俘，使得美国国际处境艰难。美国军方在改用间谍卫星从事相关活动后仍无法达到有人侦查机的侦察果，由此引发了采用无人机进行侦察思想。早期的 AQM—34“火蜂”洛克希德 D—21 无人机，主要功能是照相侦察，越南战争期间进一步发展了 BQM—34轻型无人机，功能增加到照相侦察、实时影像、电子情报、电子对抗、实时通讯、散发传单、战场毁伤评估等。1982 年 6 月，有名的贝卡谷地战役中，以色列研制的“察兵”、“猛犬”等无人机，手机叙利亚的火力配置和战场情况，取得了突出的战果，引起各国的震惊。
图 1-5“侦察兵”与“猛犬” 随着航空技术的飞速发展，无人机也进入了一个崭新的时代，逐渐步入其鼎盛时期。时至今日，世界上研制生产的各类无人机已达数千种。各种性能不同、技术先进、用途广泛的新型机如长航时无人机、无人攻击机、垂直起降无人机和微型无人机不断涌现。而随着计
算机技术、自动驾驶技术和遥控遥测技术的发展和在无人机中的应用，以及随着对无人机战术研究的深入，未来无人机不仅能用于战术和战略等信息侦察，而且还可用于防空系统压制、夺取制空权等多种任务并最终参与空中格斗。
2 系统组成及介绍 典型的无人驾驶航空器系统由飞行平台、控制站、通讯链路以及批准的型号设计规定的任何其他部件组成的系统。
2.1 飞行器 飞行器（flight vehicle）是由人类制造、能飞离地面、在大气层内或大气层外空间飞行的机械飞行物。大气层内飞行的称为航空器，在太空飞行的称为航天器。
航空器一句获得升力的方式不用分为两大类，一类是轻于空气的航空器，依靠空气的浮力漂浮于空中，如气球、飞艇等，另一类是重于空气的航空器，包括非动力驱动和动力驱动两种类型。无人机系统飞行器平台主要使用使重于空气的动力驱动的航空器。
从飞行器平台技术本身来讲，无人机和有人机并无本质的区别，在系统功能和组成上有所差别。这主要体现在以下四个方面：
无人机无需生命支持系统，不需要座舱，在这方面系统似乎简化。
但无人机为执行不同的任务装有不同的任务设备，尤其是装有与地面通信的数据链路。
在性价比的前提下，相对有人机一定程度上放宽可靠性指标。
无人机可以更长时间飞行，但进入融合空域仍需较长时间。
训练舵依赖于模拟器，颗降低飞行器使用寿命指标要求。
2.1.1
航空器平台 2.1.1.1 固定翼平台 固定翼平台即固定翼航空器（Fixed-wing aeroplane）平台，是指由动力装置产生前进的推力或拉力，由机体上固定的机翼产生升力，在大气层内飞行的重于空气的航空器。其结构通常包括机翼、机身、尾翼和起落架等。通常包括副翼、升降舵、方向舵、襟翼等控制舵面。操纵时，通过伺服机构改变各控制舵面位置及动力装置输出量，产生相应的控制力和力矩，使飞行器改变高度和速度并进行转弯、爬升、俯冲、横滚等运动。
图 2-1 无人机系统飞行平台 机翼：机翼时固定翼飞行器产生升力的部件，机翼后缘有可操纵的活动面，一般靠外
侧的叫副翼，用于控制飞机的滚转运动，靠内测的则是襟翼，用于增加起飞着陆阶段的升力。大型机机翼内部用场安装油箱，军用机机翼下面有可供挂载油箱和武器等附加设备。有些飞机的发动机和起落架也被安装在机翼下方。
机身：机身的主要功能是装在设备、燃料和任务设备等，同时他是其他结构部件的安装基础，用以将尾翼、机翼、起落架等连接成一个整体。
尾翼：尾翼是用来配平、稳定和操纵固定翼飞行器飞行的部件，通常包括垂直尾翼（垂尾）和水平尾翼（平尾）两部分。垂直尾翼由固定的垂直安定面和安装在其后部的升降舵组成，一些型号的飞机升降舵由全动式水平尾翼代替。方向舵用于控制飞机的横航向运动，升降舵用于控制飞机的纵向运动。
图 2-2 无人固定翼平台 起落架：起落架时用来支撑停放、滑行、起飞和着陆滑跑的部件，一般由支柱、缓冲器、刹车装置、机轮和收放机构组成。陆上飞机的起落架装置一般由减震支柱和机轮组成，此外还有专供水上飞机起降的带有浮筒装置的起落架和雪地起降用的滑橇起落架。
2.1.1.2 旋翼平台 旋翼平台即旋翼航空器（Rotary wing aircraft）平台，旋翼航空器是一种重于空气的航空器，其在空中飞行的升力是由一个或多个旋翼与空气进行相对运动的反作用获得。现代旋翼航空器通常包括直升机、旋翼机和变模态旋翼机三种类型。
旋翼航空器因为其名称常被与旋翼机混淆，实际上旋翼机全称自转旋翼机，是旋翼航空器属下一种。
A）
直升机 直升机是一种由以一个或多个水平旋转的旋翼提供升力和推进力而进行飞行的航空器。直升机具有大多数固定翼航空器所不具备的垂直升降、悬停、小速度向前或向后飞行的特点。这些特点使得直升机在很多场合大显身手。直升机与固定翼飞机相比，其弱点是速度低、耗油量较高、航程较短。
图 2-3 无人直升机平台 直升机的升力产生原理与机翼相似，只不过这个升力时来自于绕固定轴旋转的“旋翼”。
旋翼不像固定翼航空器那样依靠整个机体向前飞行来时机翼与空气产生相对运动，而是依靠自身旋转产生与空气的相对...