¿Qué es un dron?
1. El concepto de vehículo aéreo no tripulado (UAV)
UAV (Vehículo Aéreo No Tripulado) es una aeronave que utiliza control remoto inalámbrico o control por programa para realizar tareas específicas de aviación. a una aeronave que no lleva un vehículo aéreo motorizado para el operador que utiliza fuerzas aerodinámicas para proporcionar a la aeronave la sustentación requerida y es capaz de realizar vuelo autónomo o guía remota con capacidad tanto para un solo uso como para recuperación;
2. Composición general de los sistemas UAV
Los sistemas UAV incluyen sistemas terrestres, sistemas de aeronaves, cargas de misión y personal de apoyo al uso de UAV.
Sistema
3. Clasificación general de los drones
Según su finalidad:
Dron de fotografía aérea Jinying, vehículo aéreo no tripulado, avión de reconocimiento, Drones objetivo, drones especiales, drones señuelo, etc.
Según modalidad de vuelo:
UAV de ala fija, UAV de ala giratoria, UAV de ala batiente y dirigible.
4. Control de vuelo del UAV
No hay piloto en el UAV, por lo que el UAV y su vuelo dependen del "control remoto" o "vuelo autocontrolado".
(1) Vuelo por control remoto
El control remoto significa el control continuo a larga distancia del objeto controlado, principalmente el control remoto por radio.
Señal de control remoto: La estación de control remoto envía ondas de radio al dron a través del transmisor para transmitir instrucciones. El receptor del dron recibe e interpreta el contenido de las instrucciones y controla la superficie del timón de acuerdo con la dirección. instrucciones a través del piloto automático o manipular la carga de la misión en la máquina a través de otras interfaces. La estación de control remoto está equipada con radares de búsqueda y seguimiento. Miden el ángulo de acimut, el ángulo de inclinación, la distancia y la altitud del dron con respecto al suelo en cualquier momento e ingresan estos parámetros en la computadora. Después del cálculo, se puede determinar el perfil del dron. Se puede trazar comparando la ruta real con la ruta planificada, se puede encontrar la desviación y luego se pueden enviar instrucciones para su corrección.
Además, los drones también están equipados con transpondedores de radio, también llamados balizas. Puede enviar una señal al radar después de recibir la señal de interrogación del radar. Dado que la señal emitida por la baliza es mucho más fuerte que la señal del radar emitida por el dron, aumenta la distancia de detección del radar de seguimiento.
Señal de descarga: Obviamente no es suficiente que el comando del control remoto solo incluya la señal de corrección de seguimiento. El dron se verá afectado por varios factores durante el vuelo, y la actitud de vuelo del dron también cambia constantemente. , por lo que también es necesario incluir el comando Correcciones a la actitud de vuelo.
Los sensores del dron han estado recopilando su propia información de actitud. Esta información se envía al terminal de telemetría a través de señales de enlace descendente. Después de analizar esta información, el terminal de telemetría puede dar instrucciones de corrección de control remoto para la actitud de vuelo. .
Pros y contras del vuelo a control remoto:
Pros: Ayuda a simplificar el diseño de drones y reducir los costes de fabricación.
Desventajas: debido a la limitación del alcance de la radio, la distancia de comunicación generalmente se limita a 320 KM ~ 480 KM y es susceptible a interferencias electrónicas.
(2) Vuelo autónomo
El vuelo autónomo no depende del control en tierra y todas las acciones se completan automáticamente. Por este motivo, se necesita un conjunto de dispositivos a bordo de la aeronave para garantizar la dirección y actitud de vuelo correctas. Este dispositivo es el dispositivo de navegación. Los dispositivos de navegación comunes son:
1. Navegación inercial
En equipos aéreos, generalmente se denomina navegación inercial. La navegación inercial es un método de navegación basado en la mecánica newtoniana y se basa en un acelerómetro instalado en el interior del portaaviones para medir la aceleración del portaaviones en tres ejes. Tras el funcionamiento integral, se obtienen la velocidad instantánea y la posición del portaaviones, así como la actitud. del transportista. La navegación inercial depende completamente de equipos aerotransportados para completar las tareas de navegación de forma autónoma. No depende de información externa cuando funciona, no irradia energía al mundo exterior, no es susceptible a interferencias y no está sujeta a las condiciones climáticas.
El sistema de navegación inercial es un sistema de navegación a estima. Siempre que se proporcionen la posición inicial y la velocidad del transportista, el sistema puede calcular la información de posición, velocidad y actitud del transportista en tiempo real y navegar de forma autónoma. Los sistemas de navegación inercial puros producirán errores mayores debido a la acumulación de puntos a medida que aumentan las horas de vuelo, lo que provocará que la precisión del posicionamiento diverja a medida que aumenta el tiempo. Por lo tanto, los sistemas de navegación inercial generalmente funcionan junto con otros sistemas de navegación para mejorar la precisión del posicionamiento.
2. Navegación por satélite
El Sistema de Posicionamiento Global (GPS) es un sistema de posicionamiento establecido por los Estados Unidos que puede proporcionar la posición espacial, la velocidad y el tiempo en cualquier punto. en el mundo.Es un sistema de navegación de precisión continuo, global y para todo tipo de clima.
La navegación global por satélite se divide en tres partes, incluida la parte del satélite espacial, la parte de monitoreo terrestre y la parte del receptor de satélite. La instalación de un receptor de satélite en un avión puede obtener su propia información de posición e información de tiempo con una precisión de nanosegundos.
Los sistemas de navegación por satélite actualmente en uso en todo el mundo incluyen el glonass de Rusia, el sistema Galileo de Europa y el sistema Beidou de China, que se está estableciendo.
3. Navegación Doppler
La navegación Doppler es un sistema de navegación autónomo comúnmente utilizado en aviones. Su principio de funcionamiento es el efecto Doppler.
El sistema de navegación Doppler consta de una brújula magnética o giroscopio, un radar Doppler y un ordenador de navegación. Una brújula magnética o giroscopio es similar a una brújula y se utiliza para medir el ángulo de rumbo de un dron. El radar Doppler emite continuamente ondas electromagnéticas al suelo en una dirección determinada para medir la velocidad de vuelo y el ángulo de desviación del dron con respecto al suelo. . Basándose en los datos de velocidad de avance y ángulo de guiñada proporcionados por el radar Doppler, y los datos de rumbo proporcionados por la brújula magnética o el giroscopio, la computadora de navegación puede calcular continuamente la ruta que ha volado el dron.
El sistema de navegación Doppler se puede utilizar en diversas condiciones meteorológicas y condiciones del terreno. Sin embargo, debido al error de medición acumulado, el sistema aumentará el error a medida que aumente la distancia de vuelo, por lo que generalmente se utiliza para. navegación integrada.
4. Navegación integrada
La navegación integrada se refiere al uso combinado de dos o más sistemas de navegación para complementarse entre sí y mejorar el rendimiento de la navegación. Actualmente, los sistemas de navegación realmente utilizados en las aeronaves son básicamente sistemas de navegación integrados, como GPS/navegación inercial, Doppler/navegación inercial, etc. Entre ellos, el más utilizado es el sistema de navegación integrado GPS/navegación inercial.
5. Navegación asistida por el terreno
La navegación asistida por el terreno se refiere al uso de datos característicos prealmacenados de determinadas zonas de la ruta de vuelo durante el vuelo de la aeronave, combinados con mediciones realizadas durante el vuelo real. Un método de comparación continua de datos relevantes obtenidos para implementar correcciones de navegación. Su núcleo es dividir el terreno en múltiples cuadrículas pequeñas e ingresar sus características principales, como la elevación promedio, en la computadora para formar un mapa digital.
La tecnología de navegación asistida por terreno utiliza mapas digitales aéreos y altímetros inalámbricos como medios auxiliares para corregir errores en el sistema de navegación inercial, formando así un nuevo sistema de navegación. La diferencia fundamental entre este y el método de navegación es que el mapa digital sólo puede desempeñar una función de corrección auxiliar del sistema de navegación principal.
El sistema de asistencia en terreno se puede dividir en coincidencia de terreno, coincidencia de escenas, etc.
◆Coincidencia de terreno: también llamada correlación de altura del terreno. El principio es que las coordenadas geográficas de cualquier punto de la superficie terrestre se pueden determinar basándose en los contornos o accidentes geográficos del área circundante. Después de volar durante un período de tiempo, se pueden obtener una serie de elevaciones del terreno de la trayectoria real. Se realiza un análisis de correlación entre los datos medidos y el mapa digital almacenado para determinar la posición de la cuadrícula correspondiente a la trayectoria de la aeronave. Debido a que los valores de longitud y latitud correspondientes a cada punto de la cuadrícula se determinan de antemano, la navegación inercial se puede corregir utilizando el mapa digital.
◆Coincidencia de escenas: también llamada correlación de escenas. La diferencia entre esto y la comparación de mapas es que la información ingresada en la computadora por adelantado no son solo los parámetros de altitud, sino que también incluye la información de la escena de la ruta de vuelo predeterminada obtenida a través de fotografías y otros medios, y estas escenas se digitalizan y almacenan en el equipo aerotransportado. Durante el vuelo, la escena en la trayectoria de vuelo se capta a través del equipo de cámara a bordo y, en comparación con los datos previamente almacenados, se determina la posición de la aeronave.
Pros y contras del vuelo autónomo:
Ventajas: alcance extendido; funciona de forma autónoma y no necesita contactar con la estación terrestre.
Desventajas: El complejo sistema de navegación autónomo y el sistema de control aumentan el peso y el coste.
(3) Combinación de control remoto y control automático
Los drones modernos utilizan alternativamente el control remoto o el vuelo con control automático en diferentes etapas de vuelo, de modo que puedan aprovechar al máximo ambos controles remotos. y métodos de control automático. Cada uno tiene sus propias ventajas y supera las deficiencias de los demás.
5. Despegue y aterrizaje de drones
El despegue y aterrizaje de aviones tripulados son dos "dificultades" importantes en vuelo, especialmente para aviones no tripulados.
(1) Despegue del UAV
1. Liberación del avión nodriza
Alguien lleva el UAV al cielo y lo coloca en un lugar adecuado. lugar para el despegue. Este método es simple, fácil de usar, de aplicación flexible, tiene una alta tasa de éxito y puede aumentar el alcance del dron.
2. Impulso del cohete
Con la ayuda de un propulsor de cohete sólido, el dron despega desde el lanzador. Este método de despegue ocupa un pequeño lugar de lanzamiento y es adecuado para su uso en posiciones avanzadas, zonas montañosas o en barcos.
3. Despegue del coche deportivo
El dron se instala en un coche con ruedas y es propulsado por el motor del dron. Cuando alcanza velocidad, el dron se separa del coche y despega. .
Este método puede despegar utilizando las condiciones existentes del aeropuerto sin la necesidad de un tren de aterrizaje complicado. El automóvil deportivo de despegue tiene una estructura simple y económica.
4. Despegue vertical
Utiliza el principio de despegue de un helicóptero para despegar. Por ejemplo: UAV de despegue vertical de ala fija Jinying 2, que puede despegar y aterrizar verticalmente, flotar, transportar una carga grande y tener un límite de tiempo alto.
5. Despegue con tren de aterrizaje rodando
Igual que un avión tripulado, utiliza su propio tren de aterrizaje para despegar.
6. Lanzamiento manual
Este método de lanzamiento es el más sencillo, está controlado por una o dos personas y depende de la propia potencia del dron para despegar.
(2) Aterrizaje del UAV
1. Aterrizaje con rodillos del tren de aterrizaje
Igual que un avión tripulado, utiliza su propio tren de aterrizaje para aterrizar. Este método lo utilizan generalmente los drones de gran tamaño.
2. Aterrizaje en paracaídas
El dron se suspende y se recupera mediante paracaídas. Este método es adecuado para vehículos aéreos no tripulados pequeños. Para vehículos aéreos no tripulados grandes, la confiabilidad de la recuperación del paracaídas no es alta, la operación es difícil y la tasa de pérdidas es alta.
3. Recuperación aérea
El método de utilizar aviones de gran tamaño para recuperar drones en el aire actualmente sólo se utiliza en Estados Unidos. Para adoptar este método de recuperación, se debe instalar un sistema de recuperación de aire en aviones grandes. Además del paracaídas de arrastre y el paracaídas principal, el dron también necesita un paracaídas con gancho, una eslinga y un mecanismo de caída giratorio. El avión grande usa un gancho para colgar el paraguas y la eslinga del UAV, usa un cabrestante para arrastrar el UAV y lo transporta suspendido en el aire. Este método de recuperación no dañará el dron, pero cada recuperación requiere un avión grande, lo cual es costoso y requiere altas habilidades de pilotaje para los pilotos de aviones grandes.
4. Recuperación de la red de interceptación
El uso del sistema de red de interceptación para reciclar vehículos aéreos no tripulados es uno de los métodos de reciclaje más utilizados para vehículos aéreos no tripulados pequeños en el mundo. El sistema de red de interceptación suele consistir en una red de interceptación, un dispositivo de absorción de energía y un equipo de guiado automático. El dispositivo de absorción de energía está conectado a la red de interceptación. Su función es absorber la energía del dron que golpea la red y evitar que el dron rebote en la red y se dañe después de golpear la red. El equipo de guía automática suele ser una cámara de televisión colocada detrás de la red o un receptor de infrarrojos instalado en el marco de la red de interceptación, que informa oportunamente sobre la desviación de la ruta de regreso del UAV a la estación terrestre.
5. Aterrizaje con colchón de aire
Se instala un "faldón de goma" alrededor del vientre del dron, con una bolsa de aire con un agujero en el medio. El motor presiona aire dentro de la bolsa de aire y el aire comprimido es expulsado por el orificio de la bolsa de aire, formando una zona de aire de alta presión (un colchón de aire) debajo de la panza del avión.
La mayor ventaja del aterrizaje con colchón de aire es que el dron puede aterrizar en terreno no plano, barro, hielo, nieve o agua, independientemente de las condiciones del terreno. En segundo lugar, se pueden utilizar drones tanto grandes como pequeños y la tasa de recuperación es alta.
6. Plataforma de vuelo del UAV
La plataforma de vuelo del UAV consta principalmente de seis partes: fuselaje, alas, cola, tren de aterrizaje, sistema de control de vuelo automático y sistema de potencia.
1. Fuselaje
El fuselaje se utiliza principalmente para cargar motores, combustible, equipos de misión, suministro de energía, sistemas de mando y control, etc., y a través de él, las alas, cola. , tren de aterrizaje, etc. Las piezas están conectadas en un todo.
2. Ala
El ala es el componente principal que utiliza la aeronave para generar sustentación. Las alas de los drones de ala fija incluyen alas rectas, alas en flecha, alas delta, etc.
La siguiente imagen muestra algunas alas comunes:
Las alas rectas son más adecuadas para aviones de baja velocidad, mientras que las alas en flecha y las alas delta son más adecuadas para aviones de alta velocidad.
Suele haber alerones en las alas para controlar la inclinación del avión, sin embargo, cuando los alerones izquierdo y derecho se desvían en diferentes direcciones, se generará un momento de balanceo que provocará que el avión se incline.
3. Cola
La cola se divide en dos partes: cola vertical y cola horizontal. Para algunos UAV con estructuras especiales, es posible que no tengan cola vertical ni cola horizontal.
Cola vertical: Instalada verticalmente en la cola del fuselaje, su función principal es mantener el equilibrio direccional y el control del fuselaje. Por lo general, hay un timón en el borde de salida de la cola vertical para dirigir.
Cola horizontal: Instalada horizontalmente en la cola del fuselaje, su función principal es mantener el equilibrio del cabeceo y el control del cabeceo.
4. Tren de aterrizaje
La función del tren de aterrizaje es permitir al UAV despegar, aterrizar, rodar y estacionar en tierra o agua.
El tren de aterrizaje es la parte más diversa de un dron, porque los drones tienen una variedad de métodos de lanzamiento/recuperación. El tren de aterrizaje de los UAV grandes incluye dos partes: el tren de aterrizaje y el dispositivo para mejorar el rendimiento del aterrizaje. Después del despegue, el tren de aterrizaje se retrae para reducir la resistencia del vuelo; el tren de aterrizaje de la mayoría de los UAV es muy simple y no se retrae durante el vuelo; para la expulsión, los UAV pequeños que se lanzan/recuperan mediante redes de detención, etc. no necesitan tren de aterrizaje; para los UAV pequeños que se lanzan con la mano, no hay un dispositivo de aterrizaje del UAV para la recuperación con paracaídas; ser un paracaídas.
5. Sistema de control de vuelo automático
El sistema de control de vuelo automático incluye un dispositivo de formación de comandos de control automático y un dispositivo de control de transmisión. El dispositivo de formación automática de comandos incluye el piloto automático y los sensores y equipos de navegación relacionados. El dispositivo de control de transmisión incluye todos los dispositivos desde el punto de salida del comando de control hasta la cola horizontal, el alerón, el timón y otras superficies de control, utilizados para transmitir comandos de control y cambiar el vuelo; estado.
6. Dispositivo de potencia
El dispositivo de potencia de la aeronave es un dispositivo que se utiliza para generar fuerza de tracción (como en los aviones de hélice) o empuje (como en los aviones a reacción) para hacer que la aeronave avance. . La potencia de los drones modernos se divide principalmente en dos categorías: motores turborreactores y motores turbofan.