《无人机有效应用理论基础》（俄罗斯）维·谢·莫伊谢耶夫|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《无人机有效应用理论基础》

【作　者】（俄罗斯）维·谢·莫伊谢耶夫

【页 数】 260

【出版社】 北京：国防工业出版社 , 2022.07

【ISBN号】978-7-118-12509-2

【价 格】120.00

【分 类】无人驾驶飞机

【参考文献】 （俄罗斯）维·谢·莫伊谢耶夫. 无人机有效应用理论基础. 北京：国防工业出版社, 2022.07.

图书封面：

图书目录：

《无人机有效应用理论基础》内容提要：

本书运用系统方法论述了不同用途的无人机有效应用理论。阐述和解决如下理论问题：无人机所需数量的优化，无人机有效应用过程的组织，无人机主要飞行模式的优化，无人航空综合系统地面组件的优化配置及其转场过程的优化。最后一章致力于研究无人航空综合系统消耗材料库存管理问题、备用无人机的数量计算及无人机应用过程的信息化问题。本书可供无人机领域的专家，以及相关专业的本科学生、硕士和博士研究生使用。

《无人机有效应用理论基础》内容试读

第1章无人机有效应用理论概述

运营阶段是所有无人机生命周期中最重要的阶段，其实施的有效性会对使用无人机进行的军事和民用行动目标的实现产生重要的影响。对文献[1]中关于无人机技术的现有国内文献的分析表明，迄今为止，在军事和民用领域应用无人机暂时还没有统一的方法。

这种方法的形成基于军事和民用无人机有效应用理论的建立与发展，文献[1-3]中指出了发展无人机有效应用理论的必要性。为了创建这种理论，就需要统一的无人机术语和分类准则，以反映其组成、目的、应用领域和组织形式。在这些概念的基础上，应确定在具体行动中应用无人机的组织策略的效能准则，并且应明确制定无人机有效应用理论的主旨、原则和目标。

1.1国内无人航空技术理论和实践的主要问题

无人机从20世纪50一60年代起就一直是国内外航空制造业积极发展的主要方向之一[13,33]。根据中央茹科夫斯基空气动力学研究所航空设备专业技术和认证中心主任弗·西巴耶夫的数据，仅在2010年俄罗斯的无人机数量就从64种增加到250种[34]。同时，在该项工作中指出国内无人机的事故率非常高，超过25%，远高于有人驾驶飞机的事故率。中心专家认为，出现这种状况的原因可能是现有无人机的稳定性和可控性达不到标准、其控制系统和通信线路存在缺陷、无人机结构强度不足以及操作人员技能差。

需要指出的是，无人机研发人员缺乏完整和现代化的标准和规章制度，导致采用错误的设计决策以及对飞行器基本规范和设计规则的任意解释，最终将导致不符合客户要求及无人机出现较高的事故率。

除了上述原因外，我们认为国内无人机有效率低的主要原因之一是参与无人机研发的许多公司没有合格的专家并且缺少航空技术装备研发经验[35]。由此导致生产的无人机质量较差。另外一个重要原因是，缺乏针对某类航空技术装备的各种无人机研发和应用的理论基础。然而，在构建这种理论框架之前，首先要制定目前缺少的无人航空综合系统主要和辅助设备的统一术语和分类准则。

1

为了消除上述缺点，并采用系统的方法来研发和使用无人机和无人机复杂航空设备，才提出使用无人机生命周期概念[1-3]。我们认为，正是由于缺少明确和普遍的无人机生命周期结构，才是出现上述问题的原因之一，这阻碍了国内高效率无人机的发展过程。然而，现有的有人驾驶飞机生命周期的定义[36]不适用于无人航空技术装备的发展和应用阶段。

接下来将对如图1.1所示的无人机生命周期各阶段的实现方案和手段进行分析。

无人机设计

2制定无人机应用战术

3无人机试验和调试

培训和提高无人航空综合

4

系统操作人员的技术水平

无人机生产

6

无人机运行

7

无人机改装

8

无人机的有效利用

图1.1

在第一阶段为了有效地完成组织工作，需要开发不同用途无人机的自动化设计理论和系统。创建此类工具的客观需求是由以下事实决定的：目前国内无

人机研发人员所采用的本地自动化设计手段(UNIGRAPHICS、MATLAB

MATHCAD、EXCEL等)在优化已有设计方案的同时，无法显著减少无人机的研

发时间和成本。获得此类方案的前提在于创建无人机多准则优化设计理论的数学模型、方法和算法。

该理论可以建立在20世纪70一80年代足够丰富的科学技术储备之上，20世纪90年代对固定翼飞机和直升机的优化设计进行了适当的调整，这与缺乏机组人员和生命保障设备、更高的运行过载及未来复合材料在无人机构造中的广2

泛应用有关。

值得注意的是，为了成功解决研发有效无人机的问题，需要开发一种具有低比重和最大前推力的小型活塞和喷气式发动机[33]。未来，应该研发超声速和高超声速无人机的动力装置。除了研发无人机专用发动机外，还需要开发无人机目标载荷和机载设备小型样品。

开发的无人机优化设计理论方法应作为项目组织的分布式自动化设计系统[37]的一部分来实施，其中包括以下共同使用的综合程序：

(1)无人机的预设计评估和系统优化。

(2)空气动力学、飞行动力学和无人机控制。

(3)无人机的结构和动力装置。

(4)无人机的强度。

(5)无人机的机载设备系统。

(6)无人机的目标设备（载荷）。

(7)无人机技术。

可以基于文献[8]中提出的无人机设计方法开发这些综合系统。为了保证无人机自动化设计系统的有效运行，需要创建分布式数据库[37]，其中包括：

(1)参考资料。

(2)无人机国产发动机、目标载荷和机载设备的参数和特性。

(3)无人机研发中的一般和特殊技术问题。

(4)空气动力学、强度、重量和其他计算结果。

(5)无人机单元和组件的中间和最终设计方案。

(6)无人机数字模型。

(7)第六阶段的信息（地面和机载设备返修、故障和损坏等）。

所有的这些数据应该在相应权限范围内通过工作站提供给无人机自动化设计系统的用户。“项目管理”子系统应是无人机自动化设计系统的必要组成部分，借助它可以实现无人机研发规划，并对相应的工作和完成期限进行监控。

对现有和未来的无人机有效应用组织问题的状态分析表明，现有文献还没有关于无人机生命周期的第二阶段的研究。文献[7,10-12]是例外，对无人机应用的一些特殊问题进行了研究。

我们认为，在无人机生命周期的这一阶段应该解决以下主要问题：

(1)选择研发的无人机样机应用的典型战术情景。

(2)确定每种典型战术情景所需的无人机数量及其典型的飞行轨迹。

(3)选择每种典型战术情景以及其使用的无人机组成和目标负载特性。

(4)确定每种典型战术情景中使用的参数和特征以及与无人机通信所用的

3

指挥无线电线路中的信息。

(5)制定每种典型战术情景中的无人机应用时间表。

如图1.1所示，该阶段的工作是通过相关决策的一致协调与无人机生命周期第一阶段合作完成。

无人机生命周期第三阶段是其最重要的创建阶段。根据航空设备试验的一般方法[38]，这个阶段可以分成两个部分：

(1)无人机自动化地面试验。

(2)无人机自动化飞行试验。

运用现代化测量技术、计算机技术和通信技术[38]的无人机设计方案自动化试验和调试系统，应该在自动化模式下将生命周期第一阶段所得的结果自动发送到无人机自动化设计系统相应的数据库中。随着无人机机载设备综合系统计算机化的趋势不断发展，使用无人机自动化试验台对机载软件系统进行综合调试的必要性显著增加。无人机自动化飞行试验下，需要开发软件和硬件设备来处理来自试验场航线测量系统的遥测数据和信息。

在生命周期第四阶段，委托无人机设计人员对无人航空综合系统的工作人员的技能进行培训和拓展。为了提高该阶段执行效率，应该结合无人机的实际飞行，广泛运用计算机技术和综合训练系统[34]。在一般情况下，可以说目前俄罗斯没有对无人机研发和运行方面的专家进行积极的培训和再培训。我们认为，对学生进行“固定翼飞机和直升机制造工程”和“飞行器和航空发动机的技术维护操作”专业培养的高等院校应当承担无人机研发人员和无人航空综合系统技术计算人员的培训任务。相关的军事院校和民办大学军事教研室应该培养军用无人航空综合系统地面移动控制站的计算指挥官及无人机目标载荷和控制操作员。无人航空综合系统地面移动控制站的人员组成中应该包含数学家-系统程序员，负责无人机飞行程序设计和无人航空综合系统程序保障的行政管理工作。高等院校可以在“应用数学和信息技术”方向的专业化领域内培养此类专业人才。

接下来将会分析无人机生命周期第五阶段的实现特点。无人机生产时应当广泛应用数控设备，在无人机自动化设计系统的“无人机技术”程序系统中开发其基础程序，并将基础程序以及设计和技术文档一起发送给无人机制造企业。此外，为了提高无人机的生产质量和可靠性，有必要像有人驾驶飞机一样，在其制造和安装的生产过程中进行无人机自动化地面控制和验收飞行试验[38]。飞行试验的自动化设备可以采用无人机生命周期第三阶段使用的简化设备样机。

在实践中成功实现无人机生命周期第六阶段的必要条件是制定无人机控制

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应用理论方法[)。该理论的本质在于无人机系统地面移动控制站计算指挥官、数学家-系统程序员和无人机控制操作员根据反问题理论方法和优化控制理论方法「)制定的无人机的具体飞行轨迹。这是应用无人机控制理论方法与目前在具体飞行任务程序设计中普遍运用的无人机运动坐标和坐标一时间表之间的区别。

值得注意的是，为了在无人机生命周期第六阶段中实现无人机应用控制理论的模型和方法，无人航空系统人员应该按照一定的顺序从无人机设计人员那里获得空气动力和力矩系数的解析表达式，以及无人机动机装置高度一飞行速度特性的解析表达式[)。除了选择无人机运动控制的任务之外，在该阶段还需要解决一系列的组织问题：

(1)确定具体行动所需的无人机数量。

(2)选择地面移动控制站、移动发射装置和无人机起降场地在指定区域内的部署点。

(3)计算无人机作业中所需的燃料量和安全储备量。

(4)计算所需的无人机备件数量，以便对损坏的样机进行起飞后的维修。这些问题在无人机有效应用的前沿理论范围内被描述为无人机部队相关人员的最优组织和作业决策问题。无人机控制选择问题及其应用决策问题应该以无人驾驶系统人员和部队自动化工作站功能程序系统的形式实现，并运用相关的信息和通信技术解决这些问题

为了顺利发展无人航空器的制造和应用理论，应该组织发行该主题的电子科技杂志，并列入俄罗斯高级认证委员会的期刊名单，以及定期举行“无人机航空技术的问题、前景和应用经验”的国际科学和技术会议。目前，唯一的期刊[35]主要出版有关无人航空技术的说明资料、广告和历史资料。

在无人机研发和运营实践方面，俄罗斯主要组织必须根据无人机的现有和未来形式开发航空科学和技术领域的“无人机适航标准”[34]和《无人机设计师手册》。值得注意的是，这些手册将作为相应的无人机自动化设计系统的方法支持。

所研究的生命周期阶段的其中一个问题是目前实际上还未解决的无人机信

息安全保障综合问题[39]」

根据生命周期第六阶段的实现结果，出现更有效的发动机样机，目标载荷和机载系统对无人机进行改装（生命周期第七阶段）。现行无人机的改装任务由无人机客户提出，并发送给生命周期第一阶段的无人机设计人员。

无人机生命周期的最后一个阶段，即第八阶段。航空设备根据所采用的标准进行处置和退役。

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无人机生命周期的各个阶段如图1.1所示，实际上是由各种组织实施的。它们之间的互动是通过在网络环境中采用现代化的和未来的安全信息通信技术实现的。

在本节的结尾，可以指出，只有在采用系统方法将无人机作为航空系统复杂设备的条件下，以及在实践中结合无人机设计和试验自动化设备中广泛应用其设计和应用理论的基础上，国产无人航空设备才可能实现有效且有竞争力的发展。

1.2无人机的组成和分类

所研究的航空综合系统的主要系统组成要素是无人驾驶飞机。无人驾驶飞机，又称为无人机，机上没有驾驶员进行操作，借助发动机的牵引力和空气动力在空中实现多次飞行，具有确定其用途的目标负载，并且能够按照先前设定的程序飞行，在必要条件下使用远距离操纵（无线电指令控制）[1,4)。这种定义涵盖了目前现有的无人机和遥控飞行器等概念。此外，它将这种类型的飞机与制导导弹和自动航天器区分开来，在我国这种类型的飞机简称为无人机。

目前，无人机程序控制的作用显著增强。这与解决既定目标任务尤其是与空中无人机群任务时无人机自动化水平提高的全球趋势有关[5]。无人机程序控制的优先使用是因为需要减轻操作员的工作量，使其能够控制多个空中飞行器，提高目标任务编队方案的有效性和灵活性。无人机的典型组成结构[4幻如图1.2所示。

机体

动力装置

起飞一着陆

装置

目标载荷

自动化控制

供电系统

系统

遥测信息收集和

导航设备

机载无线电控制

传输系统

和目标信息传输

装置

图1.2

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···试读结束···