任务1.3
飞行器系统结构认知

无人机飞行器系统的结构形式虽然在不断变化，但目前为止，业界仍普遍认为大多数无人机的飞行器系统由机体、动力装置、发射及回收装置等部分作为其基本组成，如图1-31所示。本任务参照有人驾驶飞机的结构特点，介绍常规布局的固定翼无人机飞行器系统的结构组成。

1.3.1机体

固定翼无人机机体一般由机翼、机身和尾翼等组成，如图1-31所示。机身将机翼、尾翼、动力和起落装置等连为一体，并作为容器装载各种设备和油料等。从空气动力角度看，机身并不是必要的。如果机翼很大，能装载各种设备时，则机身是可以取消的，没有机身的飞行器称为飞翼。

为了使无人机能够获得良好的技术性能，其机体应满足以下要求：

①空气动力要求：具有良好的空气动力外形，保证无人机的阻力小、升力大。

②质量、强度和刚度要求：无人机构造应保证在具有足够强度和刚度的条件下，质量最小。

③使用维护要求：无人机应在使用上安全、便利，在地面上便于检修。

④工艺和经济要求：应在保证质量的基础上，力求工艺性好且成本低廉。

上述4个要求既相互联系又存在矛盾，应根据不同要求给予适当解决，以达到总体上最佳。

1）机翼

机翼是产生升力的主要部件，用以支持无人机在空中飞行，还起到一定的稳定和操纵作用。其上装有副翼和襟翼：机翼外侧靠近翼尖的为副翼，用以保证飞机的横向操纵，即操纵副翼可控制飞机横向滚转运动，当右侧副翼向上同时左侧副翼向下时，飞机向右滚转，反之向左；机翼内侧靠近机身的为襟翼，襟翼用以改善飞行器起飞和着陆时的性能。机翼上可安装油箱、武器、起落架等附加设备。

从已有飞机的受力形式来看，机翼的典型结构形式有梁式、单块式、多腹板式和混合式等薄壁结构。固定翼无人机机翼一般采用梁式结构，其主要受力构件包括纵向骨架（翼梁、桁条）、横向骨架（翼肋）和蒙皮等，如图1-32所示。

（1）纵向骨架

纵向骨架是指沿着翼展方向布置的构件，主要包括翼梁、纵墙和桁条。翼梁作为机翼的主要构件，功能是承受力的作用，包括弯矩和剪力。纵墙与翼梁构造相似，但缘条要细得多，它多布置在靠近机翼前后缘处，与蒙皮形成封闭的合段承受扭矩，与机身连接方式为铰接。桁条是用铝合金挤压或板材弯制而成，与翼肋相连并且铆接在蒙皮内表面，支持蒙皮以提高其承载能力，更好地承受机翼的扭矩和弯矩，并与蒙皮共同将气动力分布载荷传给翼肋。

（2）横向骨架

横向骨架是指垂直于翼展方向的构件，主要是指翼肋，一般包括普通翼肋和加强翼肋。普通翼肋的作用是将纵向骨架和蒙皮连成一体，把由蒙皮和桁条传来的空气动力载荷传递给翼梁，并保持翼剖面的形状。加强翼肋除了拥有普通翼肋的功能外，还要承受和传递较大的集中载荷。

（3）蒙皮

机翼表面的构件，主要用于承受局部空气动力和形成机翼外形。中小型低速无人机的蒙皮常用高强度韧性塑料皮蒙制，大型无人机一般采用玻璃钢蒙皮，现代高速无人机多是用硬铝板材制成的金属蒙皮。蒙皮通过与机翼骨架连成一个整体，保持气动外形，承受气动载荷。

2）机身

机身的主要功能是装载燃料和设备，同时作为固定翼无人机的连接基础，将机翼、尾翼、动力装置和起降装置等连成一个整体。中大型无人机机身一般采用典型的梁框式结构，由外部的蒙皮、纵向骨架和横向骨架组成，如图1-33所示。这种结构形式骨架主要承受正应力，蒙皮主要承受剪切载荷，框板承受机翼、机载设备等产生的集中载荷。这种结构形式便于开口，可使机身获得良好的开敞性。

（1）蒙皮

与机翼蒙皮作用相同，不同方式组合蒙皮和横纵骨架可以形成不同构造形式的机身，如横梁式机身、桁条式机身、硬壳式机身、整体式机身和夹层式机身等。

（2）纵向骨架

纵向骨架是机身的纵向受力构件，包括桁条和桁梁，与机翼的桁条和桁梁作用相似。

（3）横向骨架

隔框是机身的横向受力构件，它与机翼中的翼肋大致相当，主要用作传力及维持机身形状。隔框可分为普通隔框和加强隔框，如图1-34所示。普通隔框主要维持机身外形，支持蒙皮及桁条，承受局部气动力；加强隔框既承担普通隔框作用，更主要的是承受和传递集中载荷，如机翼、发动机等通过接头传递过来的集中力。

3）尾翼

尾翼的主要功能是稳定和操纵固定翼无人机俯仰及偏转，尾翼一般包括水平尾翼、垂直尾翼和V形尾翼3种，如图1-35所示。水平尾翼和垂直尾翼通常又称为常规尾翼，它们与副翼一起被称为常规布局固定翼的主操纵面。

水平尾翼安装在机身尾部，由固定的水平安定面及可转动的升降舵组成。升降舵通过改变飞机尾部升力来控制飞机俯仰，升降舵向上，飞机抬头；反之，飞机低头。

垂直尾翼通常被纵向安装在机身中心的后方，也有在水平尾翼的两侧安装较小面积的垂尾。垂直尾翼由固定的垂直安定面及可转动的方向舵组成，方向舵通过改变尾翼左右横向受力来控制飞机的航向，从机身后方看，方向舵向右飞机会向右偏航，大部分飞机还会轻微向右倾斜；反之则向左。

V形尾翼由左右两个翼面组成，呈V形，V形尾翼同时兼有垂尾和平尾的功能，能同时起纵向和航向稳定作用。当两边舵面向相同方向偏转时，起升降舵的作用；相反，向不同方向偏转时，则起方向舵的作用。 V形尾翼大仰角可控性很好，隐身性能得到提升。 V形尾翼代替普通尾翼时，能以较少的部件总数来减小尾翼之间及尾翼与机身之间的干扰阻力，可以提高螺旋桨驱动的飞机飞行的速度，同时具有尾翼加工量小的优点。 V形尾翼根据尾翼的朝向又分为上反角V形尾翼和下反角V形尾翼，如图1-36所示。下反角V形尾翼躲开了翼身组合体的遮挡，气动效率比上反角V形尾翼高，能提供更好的纵向及横航向稳定性。

有些后置发动机的无人机采用双尾撑形式将尾翼布置在发动机的后面，如图1-37所示。尾撑是一个混杂复合材料的薄壁管状结构，其质量轻、强度高，通过钢质接头与机翼中翼连接。

4）机体上的其他装置

（1）舵角与连杆

如图1-38所示，舵角是一种安装在舵面或副翼、襟翼上的部件，可将来自舵机的动作通过与其相连的连杆传给舵面，从而令舵面动作，改变飞机受力，进而控制飞机姿态变化。舵角的不同安装孔会影响舵面控制力臂，可增大（减小）舵量并且增大（减小）舵机负荷，用于连接舵机摇臂与舵角，通常为硬连接，在运动时不能因受力而弯曲。

（2）铰链

铰链是一种用于连接安定面与舵面的合页，如图1-39所示。小型无人机通常选用纸质合页并裁切成适宜的大小来使用；大型无人机使用的则是中心有金属轴的尼龙铰链或金属合页等。

（3）发动机（电机）座

发动机（电机）座是指将发动机（电机）安装在机身上的部件。发动机运转时会产生震动，为了令发动机稳定运行，一般需要将发动机座牢牢固定在机身上。为了减小发动机震动对机身及设备的影响，需要在发动机与机座连接之间安装减震垫。

（4）整流罩

整流罩通常安装在机头处和机轮处，如图1-40所示，以减小形状阻力和干扰阻力，并改善外观。

1.3.2动力系统

动力系统的主要功能是产生前进的拉力或推力，使固定翼无人机克服空气阻力，产生相对空气的运动。目前，大型、小型、轻型固定翼无人机广泛采用的动力装置为活塞发动机系统。出于成本和使用方便的考虑，部分轻型和微型固定翼无人机普遍使用电动系统。

1）电动系统

电动系统主要由电池、电调、电机和螺旋桨组成。

（1）电池

电池用于向电动系统提供电能，目前广泛使用聚合物锂电池（LiPo），它是在液态锂离子电池基础上发展起来的，它的正负极材料和液态锂离子电池相同，但它采用了凝胶电解液和铝塑膜作外包装，具有轻薄、高能量密度和安全的特性。

对于聚合物锂电池来说，一般会有很多参数来标志其性能，而最为关键的参数就是电压值、储能容量以及放电能力，也就是人们通常所说的V值、S数、P数和C数等，它们在电池出厂时已标注，如图1-41所示。

单节LiPo电池的额定电压为3.7 V，充满电压为4.2 V，表示为1S。一般将 n 节性能相同的LiPo电池串联使用，则额定电压为 n ×3.7 V，表示为 n S。有些电池会采用并联支路的方式来提高输出电流，有 m 个并联支路则表示为 m P。图1-41所示的为4S电池，其电池容量为1 800 mAh。

同时，LiPo电池上还常标有充电C数和放电C数，分别表示充电最大电流倍数和放电最大电流倍数，对应可以算出允许的最大充电电流和放电电流。例如，放电倍数标为 f C，则对应放电电流为容量mAh÷1h× f 。一般放电C数越大则电池接线越粗；电池容量越大，以相同C数充放电则所需时间越长。一般充电倍率在1C左右，不要偏大，否则对电池伤害较大；放电倍率不应超过标定放电C数，否则电池及接线过热造成短路或燃烧。

（2）电调

电调是电子调速器（Electronic Speed Control, ESC）的简称，它是电机旋转速度的控制器，用来调节和管理无人机的速度及姿态。针对电机不同可分为有刷电调和无刷电调，即有刷电机搭配有刷电调，无刷电机搭配无刷电调。有刷电调并非电调内有电刷，而是其驱动的是有刷电机。

轻型或微型固定翼无人机通常采用无刷电调，因为与之相连的多为交流无刷外转子电机。无刷电调有3个功能：一是充当变压器作用，将聚合物锂电池提供的直流电变为无刷外转子使用的交流电；二是根据飞行控制器发出的PWM信号控制电机转速；三是部分电调可提供免电源电路（Battery Elimination Cir cuit,BEC）供电，保证飞控和机载接收机正常工作。

无刷电调有红黑两根电源输入线、3根电机输出线和1根信号输入线（杜邦线），如图1-42所示。其中，两根电源输入线用于与动力电池的连接，红正黑负；3根电机输出线用于与交流无刷外转子电机连接，任意调换其中两根电机输出线可以改变电机转向；1根信号输入线用于与飞控或接收机连接，便于控制电机转速。

电流规格是电调的主要技术参数，即电调上标注的电流，如20 A、40 A等。这个数字标明该电调可稳定调整输出的电流量。如图1-42所示，40 A的电调最大可稳定输出40 A的电流，如果超标准使用，会导致电调烧毁。

大多数电调都会有BEC线或UBEC线。 BEC即免电源电路，是在电调里内置了一个电路模块，将电池输出的电压转换到5 ~ 6 V给接收机和舵机等电子设备使用。 BEC大多采用线性稳压方式，优点是线路简单、体积小，只要一个稳压管即可；缺点是转换效率低（输出电流最大1 A左右），稳压的时候能量损耗大（线性稳压效率一般只有65%~ 70%），在工作过程中稳压管会很烫。针对线性稳压的固有缺点，人们发明了外置的BEC模块，称为UBEC（Ultra Battery Elimination Circuit），即单独做个体积更大、输出电流更强的稳压模块，以满足大功率舵机的需求。 UBEC改用开关电源的方式来稳压，优点是转换效率高（98%左右），在稳压过程中损耗小，不会很烫。缺点是元件多、体积大；会产生较强的电磁干扰，一般将UBEC放置得离接收机越远越好；电源输出并不十分纯净，有电源波纹存在，对PPM的遥控方式影响很大，建议用PCM遥控方式比较好。

（3）电机

电机（俗称马达）将电能转换成机械能为无人机在空中的飞行提供动力。对于固定翼来说，无人机滑行起飞阶段该动力主要克服地面摩擦力使飞机加速；在无人机空中平飞阶段，该动力主要克服飞行中的空气阻力；在无人机空中爬升阶段，该动力除克服空气阻力外还要克服部分重力。从结构特点上可将微型无人机上使用的电机分成有刷电机和无刷电机两大类。

如图1-43所示为一种典型直流有刷电机的工作原理，据此原理研制生产的成品有刷电机内部结构如图1-44所示。由图可知，有刷电机由定子和转子两大部分组成，定子上有磁极（绕组式或永磁式）和电（碳）刷，转子上有线圈绕组和换向器，换向器由固定在转轴上的多个铜片组成，每个铜片与线圈的一端连接，各个铜片之间相互绝缘。通电后，电刷上的电流方向不变，并将电流引到与之暂时接触的某个换向器铜片上，与之相连的线圈上由于电流通过形成磁场，这样定子和转子的磁极之间就有一个夹角，相互吸引，使转子旋转。当线圈和铜片转过一定角度后脱开与电刷的接触，由下一组铜片和线圈与电刷接触，继续产生与定子磁极相吸的磁场，来保持转子持续转动。可见，线圈电流方向的交替变化是由随电机转动的换向器和电刷来完成的。改变电刷上的电流方向，就可以改变定子和转子磁极夹角的方向，从而改变电机的旋转方向。

从工作原理来看，由于电刷和电流换向片的存在，机械换向时两者之间极易产生电火花，从而造成电磁干扰多、噪声大、寿命短等使用上的缺点，使得有刷电机在航空模型和无人机领域几乎绝迹，取而代之的是目前广泛采用的交流无刷外转子电机。

顾名思义，无刷电机去除了电刷，在减少了电刷的摩擦之后，速度可以做到很高，噪声更是降低不少，寿命相对会很长。无刷电机主要由前盖、后盖、外壳、磁铁、硅钢片、转轴、轴承这些主要部件构成，如图1-45所示。

前盖、外壳、后盖主要是整体结构件，起到构建电机整体结构的作用。外壳同时是磁铁的磁路通路，必须是导磁性的物质构成。磁铁是无刷电机的重要组成部分，无刷电机的绝大部分性能参数都与磁铁相关，包括功率、转速、扭矩等。硅钢片是有槽无刷电机的重要组成部分，它在整个系统中的作用主要是降低磁阻、参与磁路运转。转轴是电机转子的直接受力部分，转轴的硬度必须能满足转子高速旋转的要求。轴承是电机运转顺畅的保证，目前轴承分为滑动轴承和滚动轴承。

无刷外转子电机外壳上一般标有电机尺寸和kV值，这是决定电机工作性能的两个主要参数，如图1-45所示。尺寸为4位数字，前两位表示定子直径，数字越大，电机径向尺寸越大、越粗，后两位表示定子高度，数字越大，电机轴向尺寸越大、越高。 kV值的含义是指电压每升高1 V时，无刷电机在空载情况下每分钟所增加的转速。例如，电机标志320 kV，当使用12.6 V的电池时，理论上转速可以达到320×12.6 = 4 032，也就是每分钟4 032转。

（4）螺旋桨

螺旋桨是安装在电机或油机上，为无人机提供拉力的装置。电机或油机仅仅是将电能或化学能转换成轴旋转的机械能，而螺旋桨才是真正产生拉力的部件。螺旋桨产生拉力的原理与机翼产生升力的原理相同。

螺旋桨一般由桨毂和桨叶组成，一些特殊螺旋桨还包含桨尖部分，其桨尖结构形式特殊，作用与桨叶差别较大。桨毂是桨叶安装与螺旋桨动力传输的重要部件，要求桨毂强度高。桨叶是将从桨毂传输过来的旋转动力转换为拉力的部件，任意横截面形式与机翼翼型相似，其弦线与桨旋转平面的夹角为桨叶角 φ ，沿半径向外桨叶角逐渐变小。一般将75%半径处的桨叶角定为该螺旋桨的几何桨距。低速固定翼无人机常采用定距螺旋桨，而中高速无人机常采用变距螺旋桨，即几何桨距随着飞机的速度和桨的转速而变化，这样可以得到较高的螺旋桨效率。

螺旋桨根据桨叶数量多少分为两叶螺旋桨和多叶螺旋桨（三叶及以上）；根据使用不同分为固定翼无人机螺旋桨和旋翼无人机螺旋桨；根据安装方式不同分为电机螺旋桨和油机螺旋桨；根据材料不同分为金属螺旋桨、木质螺旋桨、复合材料和塑料螺旋桨。

2）油动系统

油动系统种类繁多，当前应用于固定翼无人机上的主要有活塞发动机和喷气发动机等类型。按气缸内部结构，活塞发动机有往复式活塞发动机和转子式活塞发动机之分，而按工作过程则有四冲程和二冲程之分。这里重点介绍目前在中小型固定翼无人机系统中广泛使用的往复式二冲程活塞发动机。

二冲程发动机主要由发动机本体、供油系统、点火系统、启动系统等组成。相对于四冲程，二冲程发动机功质比大、转速高、转动平稳、对飞轮转动惯量要求低，且结构简单、廉价。但存在油耗高、燃烧粗暴、润滑效果差、寿命短的弊端。

（1）发动机本体

如图1-46所示为机匣进气式二冲程发动机本体，其上部为汽缸，缸内容纳活塞上下运动；下部为机匣，匣内容纳曲轴旋转，活塞和曲轴通过连杆连接，可将活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动。汽缸的顶盖上安装有点火器，在汽缸的下部缸体上开有排气口、扫气口和进气口，排气口的上沿略高于扫气口的上沿。二冲程发动机本体完成的功能如下：

①实现汽缸进气、压缩、燃烧做功、排气的工作循环。

②配合发动机工作循环，完成机匣进气、汽缸进气与排气的换气循环。

③将汽缸内燃气对活塞的作用力通过连杆传递到曲轴上，以轴功率的形式输出，即完成化学能向机械能的转换与输出。

根据图1-46，二冲程发动机工作过程可描述如下：

①压缩过程：活塞向汽缸上止点运动，当活塞超过排气口上沿时，汽缸成封闭状态，活塞向上运动压缩混合气。

②进气过程：活塞继续向上运动，机匣内部容积增大、气压降低，当活塞下沿放开进气口时，新鲜混合气从进气口被吸入机匣内。

③燃烧做功过程：在压缩冲程的末端，汽缸内混合气的温度和压强非常高，此时缸头的火花塞点火点燃混合气，混合气以爆炸的速度燃烧，当活塞经过上止点10° ~ 15°时，混合气燃烧完全，燃气温度和压强都达到最大，推动活塞加速向下止点运动。随着汽缸容积变大，燃气温度和压强都将变小，同时活塞通过连杆推动曲轴加速转动，即热能转换成机械能。

④排气过程：活塞加速向下止点运动过程中，当活塞下沿低于进气口下沿时，机匣内部成密封状态，容积减小，压强增大；当活塞上沿低于排气口上沿时，排气口打开，燃气高速冲出开始排气过程；当活塞上沿低于扫气口上沿时，扫气口打开，机匣内增压了的新鲜混合气经扫气口斜向上充入汽缸内，同时吹动汽缸内残余废气排出；当活塞转过下止点开始向上止点运动时，先关闭扫气口扫气结束，再关闭排气口排气结束。

（2）辅助系统

一般来说，无人机可以靠螺旋桨吹风和飞行时的空气流动对发动机汽缸进行冷却，所以没有单独的冷却系统。由于二冲程发动机采用了掺混润滑的方式，即将润滑油掺混在燃油中，使润滑油以油雾的形式随燃油进入发动机本体内部，并附着形成油膜保证各运动机构表面润滑，所以没有单独的润滑系统。掺混润滑要使用二冲程发动机专用润滑油。其他必备的辅助系统如下：

①供油系统。供油系统的功用是根据发动机工况向发动机输入适量燃油，并跟进入的空气混合、汽化，形成浓度适宜的新鲜混合气。常见的供油系统有化油器式和电喷式两种，电喷式又有进气歧管喷油与缸内直喷等多种形式。化油器式供油系统主要由油箱、油管、油滤、油泵、化油器等组成，多用于小、微型无人机，具有结构简单、轻巧、价格低廉的优点，但存在油化汽效果差、油气混合比不准的缺点，造成发动机冷机启动困难和动力调控差，油耗高。电喷式供油系统多用于中大型无人机，计算机根据空气量传感器测得的进气量和发动机转速等多个参数控制喷油器精准喷油，使得发动机具有油耗低、马力大等优点，但系统复杂、质量大、价格高。

②点火系统。点火系统负责在压缩冲程末端的某个时刻产生电火花，点燃汽缸内的新鲜混合气。常见的点火系统有磁电机式和电池式。磁电机式主要由磁电机、控制盒、高压包、火花塞等组成。磁电机产生低压电；控制盒控制该低压电送到高压包的时机，该时机对应为压缩末端的点火时刻；高压包将低压电变为10 000 V以上的高压电送给火花塞（图1-47），高压电将火花塞头端间隙的混合气击穿产生电弧，点燃混合气燃烧。

③启动系统。启动系统的作用是借助外力带动发动机转动，使发动机由静态转入自主燃烧并实现工作循环的动态。小型航空发动机常借助人力实现启动，中大型发动机多采用电机启动。为减轻无人机的质量，一般采用地面电机启动，即启动系统在地面将发动机启动后不随无人机升空飞行。中大型无人机飞行距离远，为防止发动机空中意外停车，有的会采用机载电机启动。

动力系统被称为无人机的“心脏”，其重要程度远不是上述内容所能陈述清楚的，后续将开发专门的课程和配套教材予以学习和领会，此处不再赘述。

1.3.3发射与回收装置

固定翼无人机的发射和回收方式远比旋翼类无人机复杂，完成固定翼无人机发射和回收两个过程所使用到的设备统称为发射与回收装置。在固定翼无人机的作业运用中，发射和回收阶段往往被认为是最关键的阶段，也是事故的高发阶段。据有关资料统计，无人机起飞和着陆时的飞行事故，约占总飞行事故的60%。随着无人机性能指标的不断提升和应用领域的不断扩大，其机载和地面设备日趋复杂，迫切需要无人机系统拥有高可靠性、高自动化的发射与回收装置以减少无人机事故，确保无人机的生存率。

1）常见发射与回收方式

（1）常见发射方式

①手抛发射。手抛发射是小、微型固定翼无人机的常见起飞方式，其操作较为简单，由投掷手在重心附近握住飞行器，助跑10 ~ 15 m后，将无人机投掷到空中，如图1-48所示。助跑是为了使无人机获得所需的起飞速度。

对手抛发射的简单要求如下：

a.投掷方向应选择在逆风方向上。

b.飞行器尺寸小于3 m，质量在十几千克以下。

c.一人或两人控制，一人控制时身兼投掷手和飞控手双重职责，即投掷后立即转入用遥控器在视距内控制飞机。

d.投掷时飞机应保持左右水平，机头略上抬，投掷用力方向与机体轴同向。

注意事项如下：

a.跑道应选择在地势相对平坦、土质较硬、长度不少于20 m的开阔地带，必要时可对跑道进行适当修整。

b.避开高大的树木、建筑物和高压电线。

c.投掷前发动机已处于大马力状态，飞行器应举过头顶，避免螺旋桨距身体过近而出现安全事故。

d.飞控手应确保马力推至最大位置，左右副翼及升降舵操纵杆放在中间位置，飞行姿态不正确时，严禁出手。

②滑跑起飞。滑跑起飞是指像有人机一样，无人机利用自身动力，借助起落架或其他专门起飞装置的动力，在跑道上滑跑升空，如图1-49所示。利用起落架滑跑起飞时，有些无人机采用可弃式起落架，在无人机滑跑起飞后，起落架便被扔下，回收无人机时采用别的方式；大多数无人机，尤其是中、小型无人机，采用非收缩型起落架；航程较远和飞行时间较长的大型无人机采用收缩型起落架。

无人机借助地面滑跑起飞车起飞（图1-50）与无人机利用自身起落架滑跑起飞的原理基本相同。不同之处集中在两个方面：第一，利用滑跑车起飞的无人机，在起飞前被放置在三轮或四轮滑跑车上，滑跑车充当无人机的起飞架；第二，无人机与滑跑车组合利用无人机的动力在跑道上滑跑，当无人机与滑跑车分离时，无人机独自升空，而滑跑车留在地面，在跑道上依赖惯性滑行一段距离后，靠摩擦力停下来。滑跑路线一般有直线和圆周线两种，在后一种情况中，滑跑车和跑道中心的标塔用缆线相连，由缆绳线长短决定滑跑车圆周滑跑线的半径。当无人机与滑跑车组合滑跑几圈，加速到无人机起飞速度时，无人机飞离滑跑车。

③火箭助推。无人机安装在专门的发射架上，在一台或多台火箭助推器推力作用下，将无人机发射升空，并在升空数秒后扔掉助飞火箭，由机上主发动机完成飞行任务，如图1-51所示。

这种发射方式通常称为零长或短轨发射，优点是对周围自然环境的要求较低，可很好地满足快速、机动等军事需求；缺点是火箭会产生大量的烟尘和火花，并伴随有噪声，这会对无人机的操纵人员造成视觉和听觉上的干扰，同时容易暴露阵地目标。

④弹射起飞。常用的无人机弹射起飞方式有弹力弹射、气液压弹射和燃气弹射，而电磁弹射则是一种新概念发射技术。

弹力弹射利用伸缩性很强的弹性元件如橡皮筋、弹簧等，提供无人机起飞所需的加速度，适用于轻（小）型无人机。

气液压弹射技术在目前的应用较为成熟，是20世纪90年代国际上发展起来的一种先进的导轨动能弹射起飞方式，主要采用气液压能源作为无人机弹射起飞的动力。与常用的火箭助推方式相比，具有安全隐蔽性、经济性好、适应性强等优点，不会产生光、声、热、烟雾等信号，不存在火控器材的存储、运输和管理等问题，且每次发射时消耗性器材及支援保障的费用较低，还可通过调节蓄能器的充气或充油压力来满足不同无人机对起飞质量和速度的使用要求。而与滑跑起飞相比，则无须机场跑道，机动灵活，车载、舰载都适用。

具体操作时，是将无人机安装在发射装置的轨道上，在自身发动机和气液压弹射助力设备共同作用下使无人机起飞，当无人机飞离轨道后，在主发动机作用下完成飞行任务，如图1-52所示。

⑤空中发射。无人机由运输机、轰炸机、攻击机等大型经过改装且与无人机相匹配的母机携带至空中，在指定的空域，启动无人机的发动机，然后将无人机从空中发射出去，如图1-53所示。

无人机从母机发射分为滑轨式发射和投放式发射两种方式。滑轨式发射时，轨道安装在母机上，无人机靠自身动力滑出轨道；投放式发射时，无人机一般采用半隐蔽方式悬挂在固定翼母机的机翼或机腹下部，若采用直升机作为母机，则在两侧携带。根据无人机自身动力启动时间，分为投放前启动和投放后启动。理论上讲，母机可将无人机带到任何需要的空域去发射，其方式简单易行，成功率高，且有效增大了无人机的航程。

（2）常见回收方式

和发射一样，无人机的回收有多种多样可行的选择。按无人机的回收姿态分为垂直下降回收和非垂直下降回收；按回收地点分为陆上回收、空中回收及水上回收。

①伞降回收

伞降回收是指无人机利用机载的降落伞，按照预定程序或在操作手遥控指挥下到达回收区域上空，在发动机停车后自动根据遥控指令适时开伞，降落在预定场地，如图1-54所示。这是目前最普遍的固定翼无人机回收方式之一。

由于降落伞必须是机载的，所以无人机要有足够的载重和容积为伞包提供舱位。从便于机载的角度，降落伞应预先规范折叠并装入伞包。为了提高回收效率和安全性，减少伞和地面、水面冲撞所造成的损害，人们设计使用了许多形状不同的降落伞，包括方形伞、平面圆顶伞、底边延伸伞、十字形伞等。方形伞的阻力系数较大，稳定性比圆形伞好，但伞衣受力不均匀，伞衣四角底边向内收缩，容易造成伞衣被伞绳打伤的现象。平面圆顶伞工作可靠，开伞快，伞衣受力均匀，包装方便，但稳定性差，制造工艺较复杂。底边延伸伞开伞动载小，稳定性好，缺点是阻力系数稍小，工艺性稍差。十字形伞稳定性好，制造工艺简单，开伞动载较小，但阻力系数较小，质量和体积略大。

②空中回收

空中回收是指负责回收任务的母机，在被回收的无人机打开降落伞在空中飘落时，将无人机降落伞上方的小伞勾住，然后携带无人机回场着陆的方式。采取这一回收方式的无人机为美国的“火蜂”无人侦察机、D-21无人机等。

空中回收一般分为飞机回收和直升机回收。飞机回收时作业高度高、范围大，但它不能回收比其舱门大的无人机。直升机回收无人机时，只要勾住了无人机，可以拖至适当的着陆地区，用着陆网无损伤放下回收或直接缓慢放下回收，可回收较大的无人机。但这类回收的可靠性不高、操作较难，出动飞机需要不同兵种相互配合。

③滑跑着陆

起落架滑跑着陆与有人飞机类似，不同之处有以下几点：

a.对跑道要求不如有人飞机那么苛刻。

b.有些无人机的起落架局部被设计得较脆弱，允许着陆时撞地损坏，吸收能量。

c.为缩短着陆滑跑距离，有些无人机在机尾装有尾钩，在着陆滑跑时，尾钩勾住地面拦截绳，大大缩短了着陆滑跑的距离。

④撞网回收

撞网回收是指像用网捕捉鸟一样的方法回收无人机，其研究最早始于20世纪70年代末期。无人机在操纵手的遥控下，降低高度，减小速度，同时拦阻网系统的引导装置引导无人机对准拦阻网。当无人机接触拦阻网后，飞行能量由拦阻网能量吸收器吸收，速度很快减为零，如图1-55所示。

无人机撞网回收是一种理想的精确定点回收方式，特别适合小型固定翼无人机在狭窄回收场地或舰船上使用，理论上可认为是一种零距离回收方式。但撞网回收无人机技术比较复杂，而且网收无人机的体积、质量不能大，否则会因动能过大，导致回收失败。为此，回收拦阻网应由弹性材料编织而成，拦阻网的结构方案有单网单杆、单网双杆、单网三杆和双网双杆4种方式可供选择。其中单网单杆和单网双杆结构方案适用于尺寸较小、质量较轻的无人机，而单网三杆和双网双杆结构方案则在舰载无人机回收方面应用较多。

2）典型发射装置

发射装置保证固定翼无人机正常发射起飞，其组成随发射方法的不同区别较大。大型无人机一般使用起落装置，在起飞和着陆时使用；中小型无人机一般采用发射架（车），其功用是支持无人机在地面、空中或舰上的起飞和停放；微型无人机可采用更简单的手抛发射。此处以使用较多的两种发射装置——起落装置型和发射架型为例进行较为详细的介绍。

（1）起落装置型

起落装置既可完成起飞又可完成着陆任务，一般包括起落架和改善起落性能的装置，其作用是使无人机从地（舰）面上起落、滑行和停放。改善起落性能的装置有阻力伞、拦阻索等。起落装置通常装在无人机上，或者说与无人机连为一体，其主要形式有起落架、滑撬和浮筒3种。

①起落架

起落架也称轮式起降，即像有人机那样使无人机从地面或舰载的跑道上起落。其主体结构包括支柱、减震器、机轮（或滑轮）及收放机构，用以支撑无人机在地面上的活动，包括起飞和着陆滑跑、滑行、停放等。如图1-56所示为一种较为简易的起落架装置。

a.支柱：主要起支撑作用并作为机轮的安装基础。为了减轻质量，常将减震器与机轮合为一体成为减震支柱。

b.减震器：主要作用是吸收着陆和滑跑冲击能量。无人机在着陆接地瞬间或在不平的跑道上高速滑跑时，与地面发生剧烈的撞击，除充气轮胎可起小部分缓冲作用外，大部分撞击能量要靠减震器吸收。

c.机轮：与地面接触支持无人机的质量，减少地面运动的阻力，可以吸收一部分撞击动能，有一定的减震作用。机轮上装有刹车装置，使无人机在地面上具有良好的机动性。

d.收放机构：用于收放起落架以及固定支柱，飞行时可减少阻力。

起落架按在飞机上安装位置的不同，可分前三点式和后三点式两种类型，其作用有所差别，如图1-57所示。前三点式起落架中，主起落架安装于飞机重心后方附近，如果在重心之前，飞机放置于地面时，机身后部会触地，如果安装位置过于向后远离重心，则会导致飞机起飞时拉起困难；后三点式起落架中，主起落架则位于飞机重心前侧一段距离，过于靠近重心容易导致加速滑跑时栽头。

②滑撬

使用滑撬起落装置后无人机可以在地面、水面、冰、雪等地滑跑起飞和着陆。滑撬相当于起落架中的机轮，可以在软土质或草地上起落，利用减震器等来吸收撞击能量，用杆件或支柱承受力。在结构上，滑撬比起落架简单。

③浮筒

浮筒是无人机在水面上起飞和着陆的装置，目前应用较少。如图1-58所示为某型无人机在水面起降的情形。该型无人机具有船体结构和可收放起落架，能在海上、湖泊、草地、公路等各种复杂条件及场地起降。

（2）发射架型

发射架的功用是发射前支承和锁紧无人机于架上，并作必要的检测；发射时保证无人机的正常起飞。大、中型无人机的发射架采用车载方式，即与经过改装的运输车一起构成发射车系统，以满足机动灵活的作业需求；而小、微型无人机的发射架则较为简单，一般可通过紧固件直接在地面架设。利用发射架发射的无人机并不需要专门的机场。根据获得起飞初速度方式的不同，用发射架发射无人机有两种直观的手段，即火箭助推和弹射。

①火箭助推

当无人机采用火箭助推方式发射时，发射架可地面架设也可车载，如图1-59和图1-60所示。车载的发射架相对复杂，主要由起落部分、回转部分、方向和高低机构以及行驶部分等组成。

起落部分的作用是发射前支承并锁紧无人机，使无人机与发射架连为一体；发射时使无人机沿架上导轨滑动，保证离轨时具有一定的速度、高低角及方位角。回转部分可以用手动或电动方法使发射架回转360°，以便向某个方位发射，支持起落部分和安装设备，其上的高低机构用来实现发射高低角设定。行驶部分把发射架的各部分连为一体，便于运输和转移。发射架上还有发射控制及检测设备，不同的无人机这部分不完全一样。

火箭助推器的作用是将无人机由静止状态瞬间加速到安全飞行的速度和高度，发射架的导轨可以很短，甚至为零。助推火箭可以固定在无人机上助推，也可以先固定在无人机上助推，助推完后再与无人机分离。前者增加无人机飞行时的质量和飞行阻力、降低了无人机的性能，后者需增加火箭和无人机的分离机构，结构上比前者稍微复杂。根据《无人机发射系统通用要求》（GJB 2018A—2006）的规定，不管是前者还是后者，助推火箭的布置都应使无人机和火箭的组合体在推力、气动力和重力等组成的空间力系下保持俯仰、航向和横滚3个方向的力矩基本平衡。

②弹射

弹射起飞是近年来国际上新出现的一种先进的无人机发射方式，根据弹射装置提供动力的不同可以分为液压弹射式、气动弹射式、弹簧弹射式、橡皮绳弹射式和机械重锤等。

如图1-61所示为一种典型的气液压弹射装置，包括气液压能源系统、滑行小车系统、缓冲吸能系统、弹射架系统、滑轮增速系统、卸荷控制机构、释放机构、无人机锁闭机构、电气控制系统等多个分系统。

工作原理可描述为：由气液压能源系统为无人机弹射提供动力，以滑行小车作为无人机在弹射架长轨上的运动载体，当滑行小车与无人机一起加速运动到起飞速度时，卸荷控制机构切断动力源，滑行小车被缓冲吸能系统阻挡而急剧减速，而无人机则在惯性和发动机推力的作用下以起飞速度从滑行小车上分离起飞。

当无人机上动力装置的推力不够大时，要靠它达到一定起飞速度，其导轨必定要长，也就是长轨发射。但导轨太长，发射架将很笨重，机动性差。军用无人机一般都将这样的弹射装置集成到发射车中，且将长导轨设计成可折叠形式，以满足机动性要求。

另一种供小型无人机使用的简易弹射装置如图1-62所示，其基本结构包括主体架、调节支架、滑车底座、滑车拦阻装置等。主体架上一般设有橡皮绳或弹簧固定安装机构，滑车底座的底部设有橡皮绳或弹簧锁闭释放机构；调节支架用来调节无人机发射角；滑车底座通过滚轮安装在主体架上端，上端为无人机安装机构；滑车拦阻装置用于离架时无人机与滑车的分离。

如果把装导轨的发射架换成装导轨的发射筒、发射箱或容器，就变成筒式发射和箱式发射等方法。它们是一种把储存、运输和发射合为一体的发射装置，有利于无人机的使用维护及快速发射等优点。如图1-63所示为某型无人机箱式发射情景。

3）典型回收装置

多次使用的无人机都要进行回收，有的无人机虽是一次使用，但要回收有价值的部分，如照相舱及任务设备成果等。回收是利用大气的阻力制动或专门的减速装置，以降低无人机的高度和速度，最后以一定的速度（6 ~ 15 m / s）安全着陆或回收。对回收装置的要求是使用次数要多、对无人机的损伤要小、修复工作简便、成本低廉。

回收装置的组成随回收方法不同有所区别，除了起落装置外，还有伞回收系统、网回收系统、气垫回收装置、气袋（囊）回收装置、空中回收装置等类型。重点介绍伞回收系统和拦阻网回收系统。

（1）伞回收系统

伞降回收是目前广泛使用的一种无人机回收方式，特别适用于中、小型固定翼无人机。降落伞是依靠相对于空气的运动，从折叠状态充气展开成伞状，使与之相连的无人机以安全的速度降落。

①结构组成

如图1-64所示，一套相对完整的伞回收系统包括以下组成部分：

a.引导伞：伞回收系统工作的先行组件，为主伞开伞创造条件。

b.减速伞：在大速度条件下对无人机减速，保证主伞能顺利打开，同时在一些大型无人机和航天飞机上，还用于着陆时缩短滑跑距离（小型无人机一般不用）。

c.主伞：伞回收系统的主要部件，保证无人机以一定的速度及稳定的姿态着陆。

d.伞包：包装降落伞的容器，保证在伞拉直和张满过程中均匀受力，便于按程序开伞。

e.连接带和吊带：伞回收系统与无人机之间的连接部件。

f.抛离机构：无人机触地瞬间实现机伞分离。

g.控制系统：主要完成正常回收和应急回收工作的流程控制，可以与无人机飞控系统集成，由飞控给出伞系统的启动与分离信号。

②工作过程

使用前，降落伞被折叠包装在专用的伞包内，经连固装置安放在无人机伞舱内。当无人机需降落时，先打开无人机的伞舱口盖，利用开伞机构抛出引导伞；由引导伞拉出伞包，打开主伞；主伞充气胀满，经历无人机由抬头到放平的过程后（切伞机构），悬吊着无人机安全下降；无人机着陆瞬间，触地开关接通，由抛伞机构实现主伞与无人机分离。

③优、缺点

优点：适用范围广、性价比高；成本低，可重复使用；相对于其他减速装置，其体积小、质量轻；无须复杂昂贵的自动导航着陆系统；无须宽阔平坦的专用着陆场地。

缺点：自带降落伞，需要占用无人机机身内有限的空间和载荷；遇风会产生飘移，影响着陆的准确性；着陆点的地貌对无人机的损伤程度有直接影响；若伞降水面，则无人机需具备防水能力且打捞麻烦。

（2）拦阻网回收系统

网回收方法是20世纪70年代发展起来的一种回收技术，常用于小型固定翼无人机的回收。它是利用能量吸收装置吸收无人机回收过程中的能量，并引导无人机撞网回收。撞网回收技术的关键在于引导上如何实现无人机高精度撞网，缓能上如何实现平稳柔和地吸收能量，结果上如何实现保证无人机不受损及再利用。

①结构组成

为保证无人机的安全回收，拦阻网回收系统一般由回收网、能量吸收装置和自动导引设备等组成。

a.拦阻网主体

拦阻网主体由拦阻网（弹性材料编织而成）、网支架、吊带、连接带、刹车带（将飞机能量传递给缓冲吸能装置）、地锚系统、导向轮（保证刹车带顺利抽出）等组成，如图1-65所示。不同型号无人机其结构可能略有出入。

b.能量吸收装置

如图1-66所示，能量吸收装置的主体结构为涡轮阻尼器，其功能是吸收撞网时产生的能量，使无人机缓冲、减速并最终拦停下来。其中，转动部分包括转轴、转盘和转子，它们之间为固定连接，转子上镶有若干个梯形叶片；固定部分为定子，由壳体和镶在壳体内的若干个梯形叶片组成；液体介质密封在转子和定子之间；刹车带由内向外缠绕在转盘上，其作用是把物体的动能传递给阻尼器。

涡轮的阻尼作用正是定子和介质阻止转子转动而产生的，转子的半径和介质的密度成为决定阻尼力的两个主导因素。转子半径的选择，或者说阻尼涡轮设计参数的选择，需经过大量实验验证，因为阻尼力太小不足以回收飞机，而阻尼力太大则易对飞机造成损坏。介质密度在很大程度上影响阻尼力的大小。最廉价的选择当然是水，但需要解决防锈、防冻等一系列问题。经过大量的试验，最终选择航空液压红油作为涡轮阻尼器的工作介质，红油和钢件不会发生作用，不会生锈，红油的结冰点为-60 ℃，不存在结冰的问题。

c.自动引导设备

自动引导设备包括雷达引导、激光引导、GPS组合引导和电视跟踪引导等类型。研究较多的是电视跟踪的精确引导技术或在其基础上集成其他手段的组合引导技术，其所需的所有测量设备均安置于地面或舰船上。如图1-67所示为基于电视跟踪的光电精确引导装置原理框图，其典型组成包括主控及信息处理系统、激光测距系统、CCD成像系统和跟踪系统等。当目标捕获后，激光测距系统、CCD成像系统和跟踪系统分别将目标的斜距、视频图像、方位角和俯仰角等信息实时送到信息处理系统，换算成无人机位置的横向和纵向偏差量并经上行数据链路送给机载飞控，由飞控控制无人机舵面调整飞行姿态，按预定回收轨迹下滑并撞网回收。

②工作过程

当无人机返航时，地面控制站控制无人机以小角度下滑，最大飞行速度不大于150 km / h；操纵人员通过自动引导设备中的电视监视着无人机飞行，并根据地面控制站接收无人机的信号，确定航路偏差，控制无人机使其对准回收网飞行；无人机触网瞬间，刹车带开始工作，并将飞机能量传递给缓冲吸能装置；涡轮阻尼器通过阻尼作用吸收拦阻网传递来的无人机动能，使无人机速度迅速降为零。

③优、缺点

无人机撞网回收是一种理想的精确定点回收方式，特别适合小型固定翼无人机在狭窄回收场地或舰船上使用，可以认为是一种零距离回收方式。与其他回收方式相比，撞网回收的精度和回收率都较高，其优势表现为：

a.无须在飞机上加装任何设备，不会影响飞机的总体性能。

b.理论上几乎可以在任何场地进行回收，特别适用于高原山地和舰船。

c.回收网对无人机的作用很柔和，过载小，不会损坏机体和机内设备。

当然，撞网回收有其自身的局限性，包括：

a.发动机和螺旋桨需安排在机身后部，适用机型有限。

b.安装时间较长，操作效率有待提高。

c.大风等不利天气条件会给无人机的撞网带来极大困难。

d.用拦阻网在舰船上回收无人机时，军舰一般都装备天线、雷达及导弹等诸多设备，回收空间有限，操作不当会导致无人机不能精确撞网，严重时会撞毁舰船上搭载的先进武器装备。

随着无人机技术的不断发展，一种结合了旋翼无人机垂直起降、固定翼巡航飞行的垂直起降无人机问世。该类无人机主要采用固定翼方式巡航飞行，仍属于固定翼无人机，但其起降则依靠旋翼产生的向上的拉力克服重力来实现，由此兼具起降不受场地限制和巡航时间长等显著特点。根据旋翼作用特点分为倾转旋翼和固定旋翼，如图1-68和图1-69所示。

倾转旋翼既可以产生向上的空气动力又可以产生前进的拉力。在无人机起降时，旋翼朝向上产生向上的拉力以克服无人机受到的重力，并产生向上的加速度；在无人机前进飞行时旋翼转向前，产生向前的拉力，使无人机加速向前飞行，此时无人机依靠固定机翼产生的升力克服重力。

固定旋翼始终朝向上，只能产生向上的拉力以克服无人机重力实现起降，当无人机要前进飞行时，前向螺旋桨产生前进拉力；当飞行速度小于安全值时，旋翼产生辅助升力；当飞行速度达到安全值时，旋翼则停止转动。这是目前技术较成熟、应用较广泛的垂直起降固定翼无人机的主要机型。

1.3.4固定翼无人机类型

1）按机身数量不同分类

根据无人机机身数量多少，固定翼无人机可分为单机身、双机身、多机身等，如图1-70所示。目前常规的固定翼无人机一般为单机身，单机身无人机质量轻、空气阻力小。对高空长航时和较重装载的无人机，一般机翼会很长，在机翼比较长而强度又不够时，地面上需要双机身或多机身实现机翼的多点支撑，但无人机机身过多则要求更宽的跑道，滑跑起飞的难度更大，空中飞行的阻力也大，飞行速度变慢。

2）按机翼所处机身上下位置不同分类

按机翼所处机身上下位置不同，固定翼无人机可分为上单翼、中单翼、下单翼3种，如图1-71所示。上单翼无人机是指主翼安装位置在机身上方，具有较好的横侧稳定性，机翼下挂载空间大。中单翼无人机是指主翼安装位置在机身中部轴线，兼具灵活性和稳定性，常用于无人机攻击作战。下单翼无人机是指主翼安装位置在机身下方，具有较高的灵活性，但稳定性较差。

3）按气动布局分类

气动布局是指飞行器系统各主要气动部件的气动外形及其相对位置的设计与安排。飞机的主要气动布局形式有5种。

（1）常规气动布局

常规气动布局是将飞机的水平尾翼和垂直尾翼都放在机翼的后面（飞机的尾部）的气动布局形式，又称为正常式气动布局。

常规气动布局最大的优点是技术成熟，理论研究非常完善，生产技术也成熟，与其他气动布局相比各项性能比较均衡，是目前应用较广泛的气动布局形式。但是常规气动布局中，从机翼表面流向后的气流会在水平尾翼形成阻力，为了平衡机翼的升力，将全机的焦点向后移，水平尾翼一般产生向下的负升力，造成全机的升力损失，进而影响飞机的载重和升限。

（2）无尾气动布局

如图1-72所示，无尾气动布局主要是指没有水平尾翼。主机翼后移布置到水平尾翼的位置，同时起到水平尾翼的作用。有些无尾气动布局无人机没有垂直尾翼，但是其机翼翼尖面积设计得特别大，起到了垂直尾翼的作用。

无尾气动布局的最大优点是没有水平尾翼，空气阻力小，高速飞行时性能优异；无尾气动布局无人机机翼展弦比小、根稍比大，机翼承载质量好，与机身连接结构稳固，可大大简化机身结构，加上去掉了水平尾翼和相关的操控系统，机身质量可以大大降低。无尾气动布局的缺点是低速性能不好，且只能依靠主翼控制飞行，稳定性不理想。

（3）鸭式气动布局

无尾气动布局低速性能和稳定性不好的缺陷，促进了鸭式气动布局的流行。鸭式气动布局是在主翼的前面加个小机翼，称为鸭翼，如图1-73所示。鸭式气动布局无人机高速飞行时更加稳定，起降距离明显缩短，其机动性能比常规气动布局更加出色。

（4）三翼气动布局

三翼气动布局就是常规气动布局加个鸭翼，或者说是鸭式气动布局加个水平尾翼，如图1-74所示。三翼气动布局多了一个可以控制飞机部位并可以更好地平衡机翼在纵向的载重，机动性能更好，对飞机的操控更精准灵活，可以缩短起降距离。但其翼面增多，增加了空气阻力；三翼面前后距离较近，前翼面对后翼面气流影响大，降低了空气动力效率；操纵面增多增加操控系统复杂程度和生产成本。

（5）飞翼气动布局

飞翼气动布局看上去只有机翼，没有机身，实际上是机身和机翼融为一体，如图1-75所示。这种布局是空气动力效率最高的，机身也产生升力，最大程度降低了阻力，雷达波反射面积小，隐身性能最好。飞翼气动布局操控面积小且舵面气动力矩小，其操控性能极差，完全依靠电子传感器控制机翼和发动机的矢量推力，飞翼气动布局只应用于大型固定翼无人机。

4）按主要材料不同分类

无人机飞行器究竟选择何种材料制造主要由强度决定，而飞行速度越高，机身和机翼承受载荷越大，则材料强度就要求越高。无人机材料与有人机材料大致相同，包括木、布、合金、复合材料等，但无人机相对有人机来说不需要承载人的质量，飞机更轻，强度可以弱一些，现在对低速小微型无人机广泛采用泡沫塑料。

（1）泡沫塑料

泡沫塑料是由大量气体微孔分散于固体塑料中而形成的一类高分子材料，具有质轻、隔热、吸音、减震等特性，目前广泛应用于无人机。

①KT板。 KT板是一种由聚苯乙烯（ PS）颗粒经过发泡生成板芯，经过表面（PVC材料）覆膜压合而成的一种新型材料。其板体挺括、轻盈、不易变质、易于加工，PS在外力的冲击下极易碎裂和产生碎屑。 KT板只用于微型无人机，如图1-76所示。

②EPO发泡塑料。 EPO发泡塑料由30%的聚乙烯（PE）和70%的聚苯乙烯组成。 PE组分主要分布在材料的外层，促进颗粒之间的塑化和结合，PS组分主要分布在材料的内部，对泡粒结构具有良好的支撑作用。 EPO最大程度地综合了PE和PS的优点，受冲击后不会产生碎裂，具有良好的抗冲击性。 EPO发泡塑料广泛用于廉价、外形精确的微、小型无人机，如测绘无人机等，如图1-77所示。

③EPP发泡塑料。 EPP是发泡聚丙烯的缩写（Expanded polypropylene），是一种利用交联剂在一定温度下分解产生自由基，引发聚合物大分子之间发生化学反应生产的新型泡沫塑料。 EPP质量轻、弹性好、抗震抗压，受外力后易变形，外力消失后变形恢复率高，也称柔性泡沫，常用来制作玩具无人机。如图1-78所示为EPP泡沫无人机在受力后机翼弯曲变形很大，但松手后机翼又恢复原形。

④PP发泡塑料。 PP板材称为魔术板，是聚丙烯材料物理发泡的闭孔结构板材，其耐热、防水、耐冲击极强。 PP板和EPP板是同一种原材料，都特别耐摔，但PP板是物理发泡，所形成的泡沫非常细腻平整，容易涂装。

（2）轻木材料

轻木材料无人机一般用轻木，结合少量高强度木材、金属、塑料等材料做成机型骨架，再在表面贴塑料蒙皮，如图1-79所示。轻木机在结构上与载人飞机相似，它从设计到制作到试飞改进，都与载人飞机的设计有着类似的流程，其强度和外形精准度都较泡沫机高。轻木无人机可用于中低速无人机，如靶机等。

（3）复合材料

复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求，如图1-80所示。

复合材料的两种材料分别为基体材料和增强材料，基体材料主要起到粘接和维持复合材料形状的作用，增强材料主要起到增强复合材料强度的作用。无人机复合材料多用环氧树脂基玻璃纤维复合材料和环氧树脂基碳纤维复合材料。这两种复合材料强度高、质量轻，性能甚至超过金属材料，逐渐成为现代无人机的主流材料，但其制作、维修工艺复杂。