本书是十四五职业教育国家规划教材,是根据教育部颁布的现行专业教学标准,同时参考相应的职业资格标准编写的。
本书从实用性出发,系统而全面地介绍了无人机结构与系统的基本知识。全书共分六部分,主要内容包括绪论、无人机结构与飞行原理、无人机翼型基础知识及其选择、无人机动力系统、无人机航电系统、无人机其他系统。
为便于教学,本书配套有电子教案、助教课件、教学视频、习题答案等教学资源,选择本书作为教材的教师可登录 www.cmpedu.com网站,注册、免费下载。书中还嵌入了二维码,链接了学习资源,读者可通过扫描二维码进行学习。使用本书的师生均可利用上述资源在机械工业出版社旗下的天工讲堂平台上进行在线教学、学习,实现翻转课堂与混合式教学。
本书可作为职业院校无人机应用技术专业教材,也可作为企业无人机操控、组装、维护、管理等岗位的培训教材。
第2版前言
如今,无人机技术在军民融合、交通巡检、物流配送、农业植保、环境监测等领域的应用持续深化拓展,技术迭代速度显著提升。这些驰骋天际的智能装备,已然成为驱动产业升级、提升社会治理效能的新质生产力。作为战略性新兴产业的核心支柱,无人机行业对高素质技术技能人才的需求愈发迫切,系统化、专业化的教育体系更是支撑行业健康可持续发展的关键基石。
为深入落实《国家职业教育改革实施方案》要求,严格对标教育部现行专业教学标准,紧密衔接民用无人驾驶航空器操控员、无人机装调检修工等国家执业 /职业资格认证规范,同时充分吸纳广大读者的宝贵意见与建议,我们对本书进行了全面修订与完善。
本次修订聚焦三大核心特色,力求打造更贴合教学与行业需求的优质教材。
1. 体系架构更具逻辑与实用性
以无人机结构认知系统分析任务单为主线,重新梳理教材脉络:从固定翼无人机、无人直升机、多旋翼无人机等基础结构类型切入,深度解析动力系统、飞控系统、导航系统、任务载荷系统等核心子系统的工作原理,最终落地于无人机系统的集成设计与性能优化,帮助学生构建从部件到系统的完整认知框架,强化知识的工程应用导向。
2. 内容紧跟技术前沿与行业需求
新增军用及民用无人机发展动态、先进无人机发动机技术、卫星导航系统应用、新型任务载荷等前沿内容,旨在拓宽学生学术视野。
3. 配套资源构建立体化学习生态
为满足多元化教学与自主学习需求,搭建了无人机结构与系统网络课程,涵盖教学视频、动态演示动画、在线测试题库等核心模块,并配有实训任务单,既为教师提供了多元教学支持,也助力学生在互联网 +教育模式下实现个性化学习,全面提升实践操作能力与创新思维素养。
本书自出版以来,承蒙全国多所职业院校无人机相关专业师生及行业从业者的认可与支持,已广泛应用于职业院校教学与行业培训。本次修订凝聚了职业院校一线教师、行业专家的集体智慧,既系统总结了无人机领域的前沿技术成果与教学实践经验,也深度融入了当前职业教育改革的各项要求。我们衷心希望,修订后的教材能为无人机领域的人才培养提供更
IV
坚实的支撑,助力广大读者精准掌握无人机结构与系统的核心知识,提升实践创新能力,为行业高质量发展注入新动能。
本书由南京交通职业技术学院冯秀任主编,苏州职业技术大学张苏新、南京工程学院陆锋、南京交通职业技术学院周鑫任副主编;南京技师学院陈挺、北京市自动化工程学校张冉佳、北京市房山区教师进修学校郭畅、南京交通职业技术学院张靓、南京交通职业技术学院潘云、青海职业技术大学李强、江苏无国界无人机科技有限公司王洪春参与编写。全书由冯秀教授负责统稿与定稿。
在编写本书的过程中,编者参阅了国内相关领域的优秀教材与研究资料,同时得到了李忠举、代厚、周忠振三位先生的悉心指导与有益帮助,在此谨致以最诚挚的谢意!
由于编者学识与经验有限,书中难免存在疏漏与不妥之处,恳请广大读者批评指正,以便我们在后续版本中持续完善,不断提升教材质量。
编者
为深入贯彻落实《国家教育事业发展十三五规划》以及《国家职业教育改革实施方
案》等文件精神,适应无人机产业迅猛发展对职业院校专业和课程建设的需求,针对当前职
业院校该专业缺少合适的教材,大部分院校采用自编或企业培训课件组织教学,满足不了行
业发展以及专业建设所需现状,机械工业出版社于 2018年 5月 11日5月 13日在北京召开
了职业院校无人机应用技术专业产教融合、教材与资源建设会议。在会上,来自全国无
人机应用技术专业的骨干教师、企业专家研讨了新形势下该专业的课程体系以及教材和资源
建设的原则、方法、内容等。
根据会议精神,组建了《无人机结构与系统》教材的编写团队,接下来进行了行业、产
业、企业、院校调研以确定教材内容,最后分工编写。本书结合无人机应用技术专业岗[《无人机驾驶员职业技能等级标准》(2021版)和《无人机装调检修工职业技能等级标准》(2021版)]、课(现行专业课程标准)、赛(全国人工智能应用技术技能大赛 飞行器人工智能技术应用赛项、全国机器人运动大赛 无人机花样队列赛项、中国工程机器人大赛暨国际公开赛空中机器人项目等)、证(职业技能等级证书)的知识和技能要求编写,为
校企合作教材。
本书在内容处理上主要有以下几点说明:①弱化了理论公式推导,强化了使用理论知识
解决实际问题的方法;②建议教学总学时为 60学时;③教学过程中可采用问题导向式,突
出以学生为主体,对理论知识的掌握由教师讲授转化为学生在解决问题的过程中去查找、去
学习、去记忆,真正做到做中学、学中记、记中做,在解决问题的过程中循环学习,掌
握技能和理论知识,结合每章后的思考题强化学习效果。
为落实党的二十大报告中关于推进教育数字化的要求,根据产业升级和行业发展以
及用户需求,对本书内容进行了完善,增加了微课视频,以二维码的形式链接在书中,并更
新了配套教学资源,在教学设计环节融入促进学生核心素养培养的内容。
本书由南京交通职业技术学院冯秀、南京技师学院陈挺、南京御龙航空有限公司丁剑峰、
北京市自动化工程学校张冉佳、北京市房山区教师进修学校郭畅共同编写。冯秀编写了绪论和
第 4章,陈挺、丁剑峰、张冉佳和郭畅分别编写了第 1章、第 2章、第 3章和第 5章。全书由
冯秀负责统稿和定稿。
在本书的编写过程中,编者参阅了国内出版的有关教材和资料,得到了李忠举、代厚和
周忠振的有益帮助,在此一并表示衷心感谢!
本书无论是在编写理念、教材结构还是呈现形式上均有较大的创新,最终目的是方便读
者学习。当然,任何一种新型教材的成功开发,都需要中肯的反馈才能不断完善,欢迎广大
读者多多指导,您的意见和建议是我们不断进取的最大动力。
编者
冯秀,南京交通职业技术学院教授,从事教学17年,担任无人机应用技术专业带头人已有5年,在实训室建设、专业技能大赛等方面取得了零的突破,“三维四层”无人机实践教学体系初具规模。先后入选江苏省高校“青蓝工程”优秀青年骨干教师培养对象和中青年学术带头人培养对象及江苏省“333工程”高层次人才培养对象
第2版前言第 1版前言二维码索引
绪论 1
学习导引 1
学习目标 1
0.1 无人机概述 1
0.2 无人机系统组成及性能指标 13
思考题 14
强化练习 14
第 1章无人机结构与飞行原理 16
学习导引 16
学习目标 16
1.1 机体坐标轴和基本运动状态 16
1.2 多旋翼无人机的结构及飞行原理 17
1.3 无人直升机的结构及飞行原理 25
1.4 固定翼无人机的结构及飞行原理 30
思考题 40
强化练习 42
第 2章无人机翼型基础知识及其选 44
学习导引 44
学习目标 44
2.1 翼型的几何参数和主要类型 44
2.2 确定翼型 46
思考题 52
强化练习 53
第 3章无人机动力系统 54
学习导引 54
学习目标 54
3.1 动力系统概述 54
3.2 电动机 61
3.3 活塞式发动机 67
3.4 涡轮发动机 78
思考题 94
强化练习 95
第 4章无人机航电系统 97
学习导引 97
学习目标 97
4.1 飞行控制系统概述 97
4.2传感器 107
4.3 舵机 114
4.4 导航系统 117
思考题 132
强化练习 132
第 5章无人机其他系统 134
学习导引 134
学习目标 134
5.1 电气系统 134
5.2 任务载荷 138
5.3 控制站 147
5.4 通信链路 154
思考题 159
强化练习 160
附录 161
实训任务 1 锂电池电压的测 161
实训任务 2 锂电池的平衡充 163
实训任务 3 多旋翼无人机动力系统的匹 165
实训任务 4 电动机的选择 167
实训任务 5 电调的选 169
实训任务 6 电池的选 171
实训任务 7 螺旋桨与机架轴距的选择 173
实训任务 8 多旋翼无人机动力系统的组 175
实训任务 9 等边三角形航线的规 177
实训任务 10 四边形航线的规 179
参考文 181