译者序

本书是一部权威且全面的专业著作，它深度挖掘并展现了无人机领域的最新研究成果与实践智慧。本书的编撰团队由全球顶尖的无人机专家会聚而成，他们各自在其领域内拥有深厚的造诣和丰富的经验。

主编 T. 希克梅特?卡拉科（T. Hikmet Karakoc）来自土耳其的埃斯基谢希尔应用技术大学，是该校无人机技术领域的杰出代表和领航者。他不仅在学术上造诣深厚，更以其卓越的科研贡献和实践经验在无人机技术领域享有盛誉。

与 T. 希克梅特?卡拉科并肩作战的还有来自布卡杜库兹伊鲁鲁大学机械工程系的知名教授 C. 奥兹古尔?科尔潘（C. Ozgur Colpan）及伊斯斯帕尔塔苏莱曼?德米雷尔大学航空学院的博士阿尔佩尔?达尔基兰（Alper Dalkiran）。这三位行业精英各自在其专长领域内深耕多年，积累了大量宝贵的第一手资料和科研成果。他们的合作不仅为本书奠定了坚实的学术基础，更为无人机技术的未来发展指明了方向。

本书内容丰富，逻辑清晰，从航空业民用无人机的热点话题综述入手，逐步深入到无人机系统设计的系统工程方法、环境监测无人机的空气动力学分析等核心议题。同时，本书还详细探讨了无人机在医疗、城市空中交通、空气动力学翼型优化、反馈线性化控制等多个领域的应用与研究，为读者呈现了一幅无人机技术全面发展的壮丽图景。

此外，本书还关注了无人机技术的细节问题，如起落架构型评估、自适应控制的非线性系统辨识等，进一步展示了无人机技术的复杂性和多样性。在成像和遥感领域，无人机技术也展现出了其独特的应用价值，为读者提供了更多的思考和启示。

本书不仅是作者团队多年辛勤耕耘的结晶，更是对全球无人机科研领域的一次深刻献礼。它如同一盏明灯，照亮了探索无人机技术未知领域的道路，为科研人员提供了宝贵的参考与启示。我们坚信，随着本书的广泛传播与深入研究，无人机技术将不断取得新的突破和进展，为科技创新和社会进步贡献更大的力量。

闫杰翻译第 1 章～第 5 章，万军翻译第 6 章～第 9 章，肖华翻译第 10 章～第 11 章。在本书翻译过程中，高成金、张子璇、同志强给予了很大帮助，国防工业出版社编辑给予了宝贵的指导，在此一并表示谢意。

译者

2025 年 2 月

作者简介

T. 希克梅特?卡拉科（T. Hikmet Karakoc）博士：本科毕业于阿纳多卢大学（Anadolu University）机械工程系，在伊尔迪兹科技大学（Yildiz Technical University）获得了机械工程硕士学位，并在阿纳多卢大学获得了博士学位。Karakoc 博士最初在阿纳多卢大学从事全职教学工作，最终晋升为全职教授。目前，他在埃斯基谢希尔应用技术大学（Eskisehir Technical University）从事科研工作。他的研究领域广泛，涉及可持续航空、飞行器推进系统、绝缘、暖通空调（HVAC）、室内空气质量、燃气涡轮机、联合发电系统、可再生能源、能源经济学、燃料和燃烧等诸多方向。作为 30 多个项目及公司的研究员、顾问和项目经理，Karakoc 博士参与了众多工业界的相关项目。他还发起了一项面向大学生的特殊绝缘应用竞赛。此外，Karakoc 博士曾担任多家国际科学期刊的主编、客座主编及编委会成员，在 300 多种期刊和 40 余本书籍上发表过大量的国内国际论文。Karakoc 教授积极关注机械工程师协会、行业协会、国际科学组织及学会的会员职位。他目前是国际绿色能源协会（International Association for Green Energy）理事会成员，国际可持续航空研究协会（SARES）会长。该协会为可持续航空领域的科学家和学生提供积极支持。Karakoc 作为该协会的创始主席，还组织了四场航空主题的研讨会。

埃姆雷?奥兹别克（Emre zbek）博士：埃斯基谢希尔应用技术大学无人机技术与操作专业讲师。他在该大学获得了飞行器机身和动力装置维修专业的学士和硕士学位，并于近期获得了博士学位。zbek 博士的研究方向是一种后置机翼铰接变形机翼无人机的设计与成功飞行，这是一种具有开创意义的无舵面固定翼无人机。他的专业知识涵盖各类国际大赛及项目中的电动无人机，包括固定翼无人机和旋翼无人机。在埃斯基谢希尔应用技术大学，zbek 博士领导安纳托利亚航空设计无人机设计团队 7 年时间，在该团队担任队长和主设计师。除学术追求外，作为飞行器工程师，zbek 博士还将自己的专业知识应用于业界实践。他与德洛尼（Dronee）公司开展远程合作，为航空测绘用垂直起降无人机设计做出了贡献。此前，他曾担任优马科技（Huma Technology）公司的多旋翼无人机首席飞行器设计师。zbek 博士研究兴趣广泛且富有创新性，涉及无人机设计、制造、结构分析、RANS 飞行器分析以及三维面元法，涡格法等低精度分析方法。他还对无人机自主飞行、替代能源、燃料电池技术、航空领域可持续性发展和增材制造方法等领域深感兴趣。基于其在无人机技术与设计领域的贡献，zbek 博士已获得两项专利，进一步确立了他在此领域的领导地位。

目录

第 1 章 航空业第二个百年民用无人机的现状、挑战和研究机遇

1.1 引言

1.2 民用无人机行业概述

1.2.1 农用无人机

1.2.2 基础设施巡查无人机

1.2.3 运输无人机

1.2.4 安全监控无人机

1.2.5 媒体和娱乐无人机

1.2.6 无人机在民用领域的主要应用

1.3 无人机民用产业目前面临的瓶颈和挑战

1.3.1 航时问题

1.3.2 噪声问题

1.3.3 空中相撞和导航问题

1.3.4 保险问题

1.3.5 技术教育需求

1.4 民用无人机研究趋势

参考文献

第 2 章 无人机系统设计的系统工程方法

2.1 系统工程方法

2.2 无人机系统的系统工程方法级别

2.3 无人机系统的设计过程

2.4 采用系统工程方法进行无人机系统设计的实践

2.4.1 设计需求

2.4.2 概念设计阶段

2.4.3 结构子系统初步设计阶段

2.4.4 结构子系统的详细设计阶段

2.5 结论

参考文献

第 3 章 环境监测用短距着陆太阳能无人机的空气动力学分析

3.1 对太阳能电池的回顾和研究

3.2 设计

3.2.1 翼型选择和机翼设计

3.2.2 飞行器性能评估

3.2.3 推进能量系统设计

3.2.4 稳定性评估

3.3 大迎角着陆气动特性

3.3.1 风洞试验

3.3.2 计算流体力学

3.4 结果

3.5 结论：过失速着陆分析和飞行试验

参考文献

第 4 章 多架无人机的机载轨迹协同

4.1 引言

4.2 背景

4.3 方法

4.4 试验

4.4.1 Gazebo 模拟

4.4.2 试飞测试

4.4.3 参数更新和重新模拟

4.5 结果及讨论

4.5.1 试验结果

4.5.2 试飞数据讨论

4.5.3 模拟与试飞的比对

4.6 结论

参考文献

第 5 章 无人机在医疗行业的应用

5.1 引言

5.1.1 医疗行业的运输需求

5.1.2 无人机在商业领域的应用

5.1.3 医疗应用中常选择的无人机类型

5.2 无人机在医疗行业的应用

5.2.1 公共卫生和医学监测

5.2.2 远程医疗

5.2.3 医疗运输

5.3 各种无人机的优缺点评估

5.4 无人机在医疗行业的未来发展

5.5 结论

参考文献

第 6 章 全电动城市空中交通无人机的现状和趋势评估

6.1 航空领域电气化的动因和背景

6.2 全电动城市空中交通无人机的概念

6.3 城市空中交通无人机的评估标准

6.3.1 最大起飞重量

6.3.2 驾驶类型

6.3.3 构型

6.3.4 航程

6.3.5 乘客容量

6.3.6 有效载荷

6.3.7 巡航速度

6.3.8 动力源

6.3.9 电机数量

6.3.10 开发现状

6.3.11 结果及讨论

6.4 结论

参考文献

第 7 章 USA-S45 可变形翼梢小翼气动优化

7.1 文献综述

7.2 方法

7.2.1 改进的类形变换参数化方法

7.2.2 空气动力学求解器

7.2.3 优化算法

7.3 结果及讨论

7.3.1 优化结果

7.3.2 流体动力学模拟结果

7.4 结论

参考文献

第 8 章 传感器噪声下的四旋翼飞行器控制：一种基于观测器的反馈线性化方法

8.1 引言

8.2 四旋翼

8.2.1 欧拉变换

8.2.2 运动方程

8.3 所提方法的框架

8.3.1 输入 - 输出线性化

8.3.2 控制系统结构

8.4 结果及讨论

8.5 结论

参考文献

第 9 章 固定翼、旋翼和复合式无人机起落架构型评估

9.1 无人机的简要分类

9.2 无人机起落架

9.2.1 无起落架的固定翼无人机

9.2.2 固定翼无人机起落架

9.2.3 旋翼无人机起落架

9.2.4 复合式无人机起落架

9.3 结论

参考文献

第 10 章 无人机系统自适应控制的非线性系统辨识

10.1 引言

10.2 方法

10.2.1 模型辨识自适应控制

10.2.2 系统辨识方法

10.2.3 指令扰动

10.3 结果及讨论

10.4 结论

参考文献

第 11 章 无人机在成像和遥感领域的应用

11.1 引言

11.2 无人机影像系统

11.2.1 基于无人机的成像技术

11.3 即飞即用型固定翼无人机成像系统

11.3.1 SenseFly 的 eBee 无人机

11.3.2 SenseFly 相机技术

11.4 无人机成像系统及其应用示例

11.4.1 可见光波段、近红外和多光谱相机

11.4.2 高光谱相机

11.4.3 热成像

11.4.4 激光雷达

11.4.5 合成孔径雷达

11.5 结论

参考文献