【正文】 制中。其余的方程描述的是飛機在縱軸上（ OXt t平面 ） 進(jìn)行的叫縱向運動。由于這些方程描述的運動是圍繞飛機橫測方向而進(jìn)行的。假定所有運動參數(shù)對某一穩(wěn)定飛行狀態(tài)的變化都是很微小的，它們的二次方及乘積可以忽略不記。 被控量包括俯仰角、滾轉(zhuǎn)角、 偏航角、迎角、側(cè)滑角、航跡傾斜角、航跡偏轉(zhuǎn)角； 同時，可以利用副翼、方向舵、升降舵和油門桿來控制無人機的飛行姿態(tài)，這些稱為無人機飛控系統(tǒng)中的控制量 根據(jù)牛頓第二定律 F=ma可以列出無人機三軸力的動力學(xué)方程組： m( Vxt t + ωytVzt ?ωztVyt)=Fxt m( Vyt t +ωztVxt ?ωxtVzt)= Fyt m( Vzt t +ωxtVyt ?ωytVxt)= Fzt 按 建立的力矩方程組為 : (dHxtdt +ωytHzt ? ωztHyt) = Mxt (dHytdt + ωztHxt ? ωxtHzt) = Myt (dHztdt + ωxtHyt ? ωytHxt) = Mzt 5 通過 坐標(biāo)變換可以得出無人機的運動學(xué)方程組。 4 圖 機體坐標(biāo)系 無人機的運動參數(shù)就是完整描述飛機在空中飛行所需要的變量，一旦各項參數(shù)確定了，無人機在空中的姿態(tài)也就確定了。 地面坐標(biāo)系：要想確定飛機在地球的位置； 機體坐標(biāo)系：描述飛機的轉(zhuǎn)動； （ 1） 地面坐標(biāo)系 地面坐標(biāo)系的原點 A固定在地面的某點，鉛垂軸 向上為正，縱軸 于橫軸 為水平面內(nèi)互相垂直的兩軸。 假設(shè)地球是一個平面。 假設(shè)飛機是一個剛體，并且質(zhì)量不變。為了確切地描述飛機的運動狀態(tài)，必須選定合適的坐標(biāo)系。 3 第二章 無人機系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型 要研究飛機動力學(xué)模型的姿態(tài)仿真，首先必須建立飛機的 數(shù)學(xué)模型。如德國的“達(dá)爾”攻擊型無人機，能夠有效地對付多種地空導(dǎo)彈，為己方攻擊機開辟空中通道。攻擊無人機是無人機的一個重要發(fā)展方向。美軍計劃用預(yù)警無人機取代 E－ 3和 E－ 8有人駕駛預(yù)警機，使喚其成為 21世紀(jì)航空偵察的主力。 從實時戰(zhàn)術(shù)偵察向空中預(yù)警方向發(fā)展。 三是減小機身表面縫隙，減少雷達(dá)反射面。如美軍“蒂爾” II 無人機除了主梁外，幾乎全部采用了石墨合成材料，并且對發(fā)動機出氣口和衛(wèi)星通信天線作了特殊設(shè)計，飛行高度在 300米以上時，人恥聽不見；在 900 米以上時，肉眼看不見。為了對付日益增強的地面防空火力的威脅，許多先進(jìn)的隱形技術(shù)被應(yīng)用到無人機的研制上。為此，美國陸軍研制了“蒂爾”II 超高空，長航時無人機。 2 從低空，短航時向高空，長航時發(fā)展。二是完成任務(wù)的有效性低，由于控制人員對無人機所處環(huán)境的了解必須借助遠(yuǎn)距離通信，而這種遠(yuǎn)距離通信又隨時會被壓制而中斷，從而造成了人機之間無法及時、準(zhǔn)確交流信息，影響了無人機完成任務(wù)的有效性。 無人機從產(chǎn)生到現(xiàn)在已有多年，早在 70年代西方就產(chǎn)生用無人機進(jìn)行對地攻擊和格斗空戰(zhàn)的構(gòu)想，在美國還進(jìn)行了大量飛行試驗，但是由于技術(shù)上的難度，使這些構(gòu)想無法實現(xiàn)。 由于機上沒有駕駛員，飛機可以適應(yīng)更激烈的機動和更加惡劣的飛行環(huán)境，留空時間也不會受到人所固有的生理限制。與有人飛機相比，無人機具有多種優(yōu)勢： 由于機上沒有駕駛員，因此可省去駕駛艙及有關(guān)的環(huán)控及安全救生設(shè)備，從而降低飛機的重量和成本。 無人機種類很多，不同的無人機可以完成不同的特殊任務(wù)。如果在惡劣環(huán)境下作戰(zhàn)，它還需要有比較好的隱身能力。廣泛用于空中偵察、監(jiān)視、通信、反潛、電子干擾等?；厥諘r，可用與普通飛機著陸過程一樣的方式自動著陸，也可通過遙控用降落傘或攔網(wǎng)回收。地面、艦艇上或母機遙控站人員通過雷達(dá)等設(shè)備，對其進(jìn)行跟蹤、定位、遙控、遙測和數(shù)字傳輸。 1 第一章 緒論 無人駕駛飛機簡稱“無人機”，是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機。機上無駕駛艙，但安裝有自動駕駛儀、程序控制裝置等設(shè)備?？稍跓o線電遙控下像普通飛機一樣起飛或用助推火箭發(fā)射升空，也可由母機帶到空中投放飛行?？煞锤彩褂枚啻?。 無人機技術(shù)是一項涉及多個技術(shù)領(lǐng)域的綜合技術(shù)，它對通信、 傳感器、人工智能和發(fā)動機技術(shù)有比較高的要求。無人機與所需的控制、拖運、儲存、發(fā)射、回收、信息接收處理裝置統(tǒng)稱為無人機系統(tǒng)。軍用無人機的主要用途包括：戰(zhàn)術(shù)偵察和地域監(jiān)視、目標(biāo)定位和火炮校射、電子偵察和電子干擾、通信中繼轉(zhuǎn)發(fā)、靶機和實施攻擊等。 無人機在作戰(zhàn)時不會危及飛行員， 更適于執(zhí)行危險性高的任務(wù)。 在使用維護(hù)方面，無人機比較簡單，而且費用低，操縱員只需在地面進(jìn)行訓(xùn)練，無需上天飛行。 無人機存在的致命弱點主要有兩個：一是自主作戰(zhàn)能力差，由于無人機執(zhí)行任務(wù)時需要有人參與遙控，其自主作戰(zhàn)能力有限，因而缺乏有人 飛機所具有的靈活性和適應(yīng)能力。 隨著戰(zhàn)場實時信息網(wǎng) (如 JSTARS)和人工智能技術(shù)的發(fā)展，人 — 機之間的信息交換和無人機的自主工作能力有了很大提高，這就保證了無人機能夠最大限度地發(fā)揮其特有的長處，從而使無人機技術(shù)成為對未來作戰(zhàn)最有影響的技術(shù)之一。老式的無人機滯空時間短，飛行高度低，偵察監(jiān) 視面積小，不能連續(xù)獲取信息，甚至?xí)斐汕閳蟆懊^(qū)”，不適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭的需要。 向隱形無人機方向發(fā)展。 一是采用復(fù)合材料、雷達(dá)吸波材料和低噪聲發(fā)動機。 二是采用限制紅外光反射技術(shù)，在機身表面涂上能夠吸收 紅外光的特制油漆并在發(fā)動機燃料中注入防紅外輻射的化學(xué)制劑。 四是采用充電表面涂層還具有變色的特性：從地面向上看，無人機具有與天空一樣的顏色；從空中往下看，無人機呈現(xiàn)與大地一樣的顏色。美軍認(rèn)為， 21 世紀(jì)的空中偵察系統(tǒng)主要由無人機組成。 向空中格斗方向發(fā)展。由于無人機能預(yù)先靠前部署，可以在距離所防衛(wèi)目標(biāo)較遠(yuǎn)的距離上摧毀來襲的導(dǎo)彈，從而能夠有效地克服“愛國者”或 C－ 300等反導(dǎo)導(dǎo)彈反應(yīng)時間長、攔截距離近、攔截成功后的殘骸對防衛(wèi)目標(biāo)仍有損害的缺點。以色列的“哈比”反輻射無人機，具有自動搜索、全天候攻擊和同時攻擊多個目標(biāo)的能力。在 忽略機體 彈性震動和變形的條件下， 飛 的運動可看成包含六個自由度的剛體運動，其中包含繞三個軸的三種轉(zhuǎn)動 (滾動、俯仰與偏航 )和沿三個軸的三種線運動 (前進(jìn)、上下與左右 )。本文采用兩種坐標(biāo)系：在確定飛機的位置時，采用與地面固連的地面坐標(biāo)系 （地面坐標(biāo)系） ：在描述飛機的轉(zhuǎn)動與移動時，采用機體坐標(biāo)系或氣流坐標(biāo)系 (速度坐標(biāo)系 )。 假設(shè)地球是一個慣性參考系，忽略地球公轉(zhuǎn)與自傳的影響。 假設(shè)重力加速度是一個常數(shù)。 圖 地面坐標(biāo)系 （ 2） 機體坐標(biāo)系 機體坐標(biāo)系的原點在飛機的重心上，縱軸 OXt在飛機對稱平面內(nèi)，平行于翼弦，指向機頭為正；立軸 O t也在飛機對稱平面內(nèi)并且垂直于 OXt，指向座艙蓋為正；橫軸 O t與 OXt t平面垂直，指向右翼為正。 這些參數(shù)是飛控系統(tǒng)中的被控量。根據(jù)無人機三個姿態(tài)角的關(guān)系： [ωxtωytωzt] = [1 sin? 00 cosγcos? sinγ0 ?sinγcos? cosγ] ?*γψ?+ 可以推導(dǎo)出： dγdt = ωxt ? (ωytcosγ ?ωztsinγ)tan? dψdt =(ωytcosγ ?ωztsinγ)cos? d?dt = ωytsinγ +ωztcosγ 同理，線位置的運動學(xué)方程組也用坐標(biāo)變化的方法，可以得到： 十二個一階非線性微分方程組如下： mdVxtdt = Fxt + m(ωztVyt ? ωytVzt) mdVytdt = Fyt + m(ωxtVzt ? ωztVxt) mdVztdt = Fzt + m(ωytVxt ? ωxtVyt) dωxtdt =1I