小宝151205
高低速性能好 采用後尾式和无尾式气动布局的普通高速飞机，由於种种原因，其低速性能往往不佳。而鸭式布局则可以满足战斗机对高、低速。性能的要求。因为这种布局能很好地兼顾高速飞机所需的细长体外形和飞机实现短距起落所需的高配平升力系数。这是因为：一方面，细长鸭式布局在由亚声速过渡到超声速时，其焦点移动而引起的安定度增量比後尾式要小，这对高速机动飞行是有利的。另一方面，在大迎角进场或飞行时，它又能产生比後尾式和无尾式飞机高得多的配平升力。这说明它亦适合低速飞行。 配平升力高 图一是静安定度的後尾式、无尾式和鸭式飞机纵向配平方式的示意图。飞机在空中做定常水准飞行时，其重力与升力，推力和阻力是相等的，全机力矩也是平衡的。为获得配平力歼一10A用的鸭式布局方案虽然在中国早期歼一9概念中曾有过体现，但其中涉及的诸多技术问题是在歼一lO上获得了最终的完美解决刘应华摄矩，无尾式及後尾式飞机需要付出一定的升力代价。在飞行中，机翼的升力Y及全机零升力矩Mzo对飞机重心要产生一个低头力矩。为平衡这个力矩，无尾式飞机要上偏升降襟翼，後尾式飞机要上偏转升降舵，以便产生一个负升力去配平，致使全机升力下降。当然，小迎角飞行时平尾的负荷不大，它付出的升力代价也很小。但是当飞机以大迎角飞行，并采取增升措施时(例如放襟翼)形势就恶化了。因为增升时会带来很大的附加低头力矩。为配平这些附加力矩，平尾後缘必须上偏很大的角度，这将使增升效果显著降抵。倘若机翼采用高度增升的方法。有时连配平都很困难了，只好在平尾上采取高度增加负升力的措施。国外不乏这方面的例子。美国的F一4飞机由於在後缘襟翼上采取了附面层控制技术，使低头力矩增加很多，结果尾翼在配平时已接近失速，只好对平尾进行修改，使前缘上翘，将翼型变为反弯度的。而日本的PS一1水上飞机则是在尾翼下表面吹气以增加负升力。後尾式布局尚且如此，无尾式飞机配平高升力就更困难了。 相比之下，鸭式布局比後尾式及无尾式布局优越之处在於：其抬头俯仰力矩可由飞机重心前的正升力面(鸭翼)提供。这真是一举两得：既提供了配平力矩，又增加了升力。那麼为什麼以前人们很少采用鸭式布局呢?这是因为常规的鸭式飞机有三大缺点： (1)前翼对主翼存在著强烈的下洗，使主翼升力降低。尽管前翼的升力是正的，弥补了部分升力损失，但配平时的总升力不见得比後尾式高很多。 (2)鸭式布局配平问题不好解决。一般情况下。鸭翼的负荷要比尾翼大，往往为尾翼的3～4倍。因为把鸭翼放到前面，全机焦点随之前移，重心也需向前调整。这样鸭翼离重心的位置近，力臂短，使它的配平能力受到限制。再加上主翼对前翼有上洗，在大迎角时前翼容易先失速。这对起飞著陆和大迎角机动来说是不利的。直到上世纪60年代末瑞典人研制成功Saab一37飞机後，这些缺点才得到了一定程度的克服。作为M数为2一级的飞机，Saab一37没有采用复杂的增升措施就使起降距离缩短N400多米，达到了短距起落的要求。这一成就引起了国际上的广泛注意。Saab一37采用的是近距耦合鸭式布局，利用前後翼间脱体涡的有利干扰实现了高升力。(3) 由於脱体涡在主翼面上的生成、发展、破裂和漂移对飞机的升力和纵横向的力矩特性影响很大，使得纵向力矩曲线出现极严重的非线性化，并导致了飞机的操稳品质变差。为了解决这一问题，常规鸭式布局飞机不得不增大飞机的安定度，以求得纵向力矩曲线变得较直。这样一来，飞机的配平阻力增大，前翼的配平能力减小，导致飞机的机动性和起降性能变差。 解决的办法之一是采用电传操纵系统，放宽静稳定性。 利用脱体涡获得高升力 人们通过实验发现：45度以上的大後掠角薄翼在迎角很小时，气流就从前缘分离，并卷成一脱体旋涡。此脱体涡的涡心压力很低，由於上下压力差的作用，使得翼面的升力有所提高。我们知道，三角翼总升力等於位流升力和涡升力之和。 位流升力是根据位流理论计算出来的升力。图二中虚线代表总升力，而点划线代表位流升力(圆圈为实验点)，两条线的差别就是理论涡升力。可见，由於有了涡升力，三角翼的升力线斜率和最大升力系数等均大大提高。如果把大後掠角的鸭翼和主翼近距耦合配置，便会产生有利干扰，而脱体涡的效率会更高，涡升力也更大。当鸭翼置於主翼的前上方时，前翼脱体涡因进入了主翼上表面的低压区而有利於涡心的稳定，延迟了旋涡的破裂并提高了前翼的失速迎角。 此外，前翼脱体涡不但在前翼上诱导出涡升力，而且它在扫过主翼上表面时也给主翼诱导出一个涡升力。前翼涡的存在还有助於控制在主翼上形成的前缘涡，而延迟了主翼的失速。由於主翼一方面受到前翼的下洗(内翼段)，另一方面也受到前翼的上洗(外翼段)，所以使总的下洗量减轻。由於这些有利干扰的存在，近距耦合鸭式飞机在大迎角时升力较高，而失速迎角也较大(可达30度以上，而普通後尾式飞机的失速迎角只有十几度)。这对於扩大飞机的机动飞行范围和改善高速飞机的起降性能都具有重要意义。 在前後翼的相互干扰中，除了前翼对主翼的下洗为不利干扰外，其他均为有利干扰，这就使得近距耦合鸭式飞机比相同翼面积的普通鸭式飞机的升力大很多。在起飞状态下，近距耦合鸭式飞机可比无尾三角翼飞机的升力系数高出一倍! 当然，由於下洗的干扰量很大，在小迎角时有利干扰还不足以抵消不利干扰。即便是这样，在小迎角时，近距耦合鸭式飞机的最大升阻比已相当於同级後尾式飞机了。随著迎角的增大，有利干扰量逐渐大於不利干扰量。当迎角达到16度左右时，近距耦合鸭式飞机的有利干扰便超过了不利干扰，其全机升力系数已高於单独前翼与单独主翼升力系数之和，这是普通後尾式飞机所不能及的。因为对後尾式飞机来说。也存在主翼对尾翼的下洗问题，而且此不利干扰还随迎角的增大而增大。即使让尾翼也产生正升力，它的全机升力系数也始终低於两个单独翼面的升力系数之和。 擦地角大 鸭式布局的飞机还有一个优点：由於主翼在後面，机身尾部短，擦地角(机尾触地的角度，由主轮和尾喷口之间的连线与地面水平线之间的夹角确定) 可以设计得比较大，这有利於飞机以较高的迎角(14度～18度)起降。而普通後尾式飞机的後机身较长，擦地角往往只有8度、9度。 近距耦合鸭式飞机也还存在著缺点：配平困难的矛盾没有得到根本的解决，这就大大地限制了它的使用范围和性能的发挥。为了克服此矛盾，国内外的飞机设计部门采取了一系列技术。例如采用展向吹气或弦向吹气的方法提高前翼的配平能力；或者采用电传操纵系统和主动技术放宽飞机的静安定馀度，把前翼从沉重的负担中解放出来，并且利用前翼和主翼动翼面的协调动作去实现直接升力和直接侧力控制。“阵风”和“台风”及JAS 39等新一代采用鸭式气动布局的战斗机均装有电传操纵系统，可以实现主动控制，所以它比Saab-37更前进了一步，气动性能也大幅度提高。 新型鸭式飞机已经在上世纪90年代崭露头角，而且在气动上它们还大有潜力可挖。可以预言，随著二元喷口、复合材料、前掠、动力增升以及主动控制等新技术的应用，鸭式飞机的性能将会有更大的提高。
nanaxuanku
浅谈多旋翼无人机任务系统的优秀论文
前言： 随着无人机产品的不断增加，市场之间的竞争力，也逐渐的提升，对此本项目研究出了更适合于工业控制、自动化装备等领域产品的多旋翼无人机，产品不仅定位合理，同时与其他产品存在一定的差异，该任务系统，是指先进智能装备数据链的无人多旋翼任务，存在较高的能量利用效率、载荷运输性能，是其它无人机产品，在技术方面不能相比的;制定合理的市场规划，会给企业带来一定的经济效益。
1 多旋翼无人机定义概述
我们常称无人飞行载具，为无人飞机系统，主要是利用无线电智能遥控设备，以及自带的控制程序装置，对于不载人的飞机进行操控。其中广义的无人机，包括狭义无人机以及航模。
多旋翼飞行器，主要由动力系统、主体、控制系统组成，动力系统包括电机、动力、电子调速器、桨;主体部分包括机架、脚架、云台;控制系统包括由遥控接收器、遥控组成的手动控制;地面站，以及由主控、GPS、IMU、电子陀螺、LED显示屏组成的飞行控制器。其中四旋翼，是一种4输入6输出的欠驱动系统;通过PID、，鲁棒、模糊、非线性、自适应神经网络控制。近年来，对于系统的控制功能的研究趋势，为大荷载、自主飞行、智能传感器技术、自主控制技术、多机编队协同控制技术、微小型化等方向。其中一些关键技术为，数学模型的建立、能源供给系统、飞行控制算法、自主导航智能飞行。
2 控制系统改进发展阶段
多旋翼无人飞行器的控制系统，最初是由惯性导航系统，借助了微机电系统技术，形成了EMES惯性导航系统;经过对于EMES去噪声的研究，有效的降低了其传感器数据噪音的问题，最后经过等速度单片机、非线性系统结构的研究、应用，最终在2005年，制作出了性能相对稳定的多旋翼无人机自动控制飞行器。对其飞行器的评价，可从安全性、负载、灵活性、维护、扩展性、稳定性几方面要素进行分析。具有体积小、重量轻、噪音小、隐蔽性强、多空间平台使用、垂直起降，以及飞行高度不高、机动强、执行任务能力强的特点;在结构方面，不仅安全性高、易于拆卸维护、螺旋桨小、成本低、灵活控制的特点。
3 技术原理
系统组成
无人多旋翼任务系统，总体技术方案框图如图1所示;如图所示，无人多旋翼任务系统，由无人机、地面工作站构成。无人机，由多旋翼无人机、任务载荷组成;地面工作站，由数据链通信单元、工业控制电脑、飞行控制摇杆等组成。
系统技术原理
多旋翼无人机，通过对于螺旋桨微调的推力，实现稳定的飞行姿态控制、维持。经过上述，对于多旋翼无人机、常规直升机、固定翼飞机的对比，可以明显的看出，多旋翼无人机，在任务飞行方面，具有多能量的优势，从而更好的执行完成飞行任务，改善了飞行姿态维持，消耗大量能量的缺陷，从而更好的保证了其能量利用率，直接产生续航时间、载荷运输性能的提升;在结构方面，做了大量的简化，省去了传动机构，使其运行噪音、故障概率、维护成本大大的降低。
无人机，与地面工作站之间的通信，通过设备数据链实现连接，起到通信中介的作用，同好也是无人机、地面工作站之间，实现地空信息交换的重要桥梁环节。以往无人机，对于地空信息的转换连接，只是普通的点对点通信，收到信号传输距离的影响，性能发挥受到严重的影响，只能实现一些简单遥控数据信号的传输。
但是本项目，对于无人多旋翼任务系统的研究，是通过数据链协议MAVLink的研究后，将其合理的嵌入到控制核心、地面数据链的ARM平台中，有效的改善了以往低空信息传输环节存在的问题，将其遥测、遥信、遥控、遥调、遥视这五遥很好的进行了统一，保证了通信之间的无障碍，从根本上解决了无人机和地面工作站的数据通信问题。其中涉及到的.五遥;其中遥测，是指对于远方的电压、电流、功率、压力、温度等模拟量进行测量;其中遥信，是指对于远方的电气开关、设备，以及机械设备的工作、运行等状态进行监视;遥控，是指对于远方电气设备、电气机械化装置工作状态的控制、保护;遥调，是指对于远方所控设备的工作参数、标准流程等进行设定、调整;遥视，是指对于远方设备的安全运行状态的监视、记录。
传统的无人机，在飞行时需要通过人工对于遥控器的操作，对其飞行姿态进行的控制，体现出其自动程序的不完善，功能单调等缺陷。但是本项目对于无人机的研究，在地面工作站，通过飞行任务规划软件的配套，有效的改善了以往功能单一的缺点，直接增加了其功能性。其中飞行任务规划软件，具备GoogleMap高速API接口，实现对于无人机飞行航线，在三维地图上的简易规划，同时也能对其航线进行启动，使其实现自动巡航、执行飞行任务、返航等操作。
4 技术关键点及创新点
技术关键点：
地空信息的的数据通信。
先进智能装备数据链协议MAVLink的应用，能够对其所有数据进行有效的整合，并全部归纳在数据链路中，整合五遥操作，有效的降低了多种通信制式、通信模块存在等方面的问题，提高了通信效率，保证了通讯功能得以有效发挥。
解决飞行姿态操控问题
嵌入式操作系统，在ARM处理器平台上的应用，加上陀螺仪等传感器、卡尔曼滤波等先进算法，从而更好的保证了控制系统的功能增加，除此之外，不仅实现了无人操作飞行，在飞行操纵方面，也有效的降低了能耗，增加了能量利用率。
在工业控制领域应用的扩展
本项目以同一载具+多种载荷的建设、研究思路，针对于型号相同的多旋翼飞行器，设计一样的数据、电气、机械接口的任务载荷，实现快速更换载荷，使其飞行任务之间，能够良好、稳定的切换、衔接，保证该系统的实用性，同时也减少了任务执行的成本。
增强地面工作站功能
通过C/S架构、C#语言、.net平台、三维GoogleMap、SQL数据库，以及地面任务规划软件、分析数据分析软件，从而更好的增强地面工作站的功能，以及自动化、智能化的程度,更好的为用户操作，带来更多的便利。
项目的技术创新性
在无人机、地面站，在植入数据链MAVLink的同时，加强整体系统功能的改进，有效的实现了五遥的综合统一。
卡尔曼滤波、四元数算法，加上嵌入式ARM平台，对其飞行姿态实现有效控制。
同一载具+多种载荷思路的研究，实现了无人机，对任务执行模式的有效转换。
同时地面任务规划软件、分析数据分析软件的应用，提高了系统的控制功能，以及系统智能化程度。
5 总结
综上所述，通过对于无人多旋翼任务系统的分析，发现我国针对于此方面的研究，仍存在很多不完善的地方，该项目通过C/S架构、C#语言、先进智能装备数据链、分析数据分析软件等，照比以往的无人机飞行器，在系统功能改进方面，实现了遥测、遥信、遥控、遥调、遥视的统一;在任务执行模式方面，实现了灵活转换;在飞行姿态方面，实现了智能操控;是在已有多旋翼飞控技术的基础上，有效的规避了其以往的缺陷，同时自主飞行控制软件编程，这种飞控任务的提供，有效的实现了飞行中，自主导航智能飞行。
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