# 《无人机系统组成与飞行原理》课程标准

## 一、课程基本信息

| 项目 | 内容 |
|------|------|
| 课程名称 | 无人机系统组成与飞行原理 |
| 课程代码 | UAV-101 |
| 适用专业 | 无人机应用技术 |
| 课程性质 | 专业核心课 |
| 学时学分 | 48学时 / 3学分（理论24 + 实训24） |
| 开设学期 | 第2学期 |
| 前导课程 | 电工电子基础 |
| 后续课程 | 无人机飞控编程、无人机装调与维护、无人机航拍技术 |

## 二、课程性质与定位

本课程是无人机应用技术专业的**核心入门课**，承担"建立系统认知、打牢飞行根基"的任务。

学生通过本课程应建立起"无人机是一个由机架、飞控、动力、传感器、通信、载荷六大子系统构成的闭环系统"的整体认知，理解多旋翼飞行原理，掌握关键参数的计算方法，为后续飞控编程、装调维护、行业应用等课程奠定基础。

课程采用"先总后分、理实一体"的设计思路：先建立系统全景图，再逐层深入各子系统，每单元配套动手实训。

## 三、课程目标

### 知识目标
1. 说出多旋翼无人机六大子系统的名称、功能和相互关系
2. 解释伯努利原理和牛顿第三定律在无人机飞行中的应用
3. 描述四旋翼油门/横滚/俯仰/偏航四个通道的控制逻辑
4. 解释 PID 控制中 P、I、D 三项的含义及调参规律
5. 列举 IMU、GPS、气压计、磁力计的工作原理和性能指标
6. 说出 2.4GHz遥控、433/915MHz数传、5.8GHz图传三条链路的分工
7. 计算推重比、最大放电电流、空载转速等关键参数

### 能力目标
1. 能根据轴距和用途选配电机、电调、螺旋桨、电池
2. 能通过地面站软件读取和解读飞控传感器数据
3. 能识别常见飞控参数（PID、滤波器、返航设置）并初步调参
4. 能完成一架250mm穿越机的装机方案设计
5. 能通过视频观察分析飞手的技术动作

### 素质目标
1. 培养航空安全意识，建立"飞行前必检"的职业习惯
2. 树立"重量控制"的工程思维（多1克 = 少1秒）
3. 激发"低空经济"产业认同感和职业使命感
4. 培育精益求精的工匠精神

## 四、课程内容与学时分配

| 单元 | 内容 | 理论 | 实训 | 合计 |
|------|------|------|------|------|
| 1 | 无人机概论与系统全景 | 3 | 1 | 8 |
| 2 | 机架结构与材料 | 1 | 1 | 8 |
| 3 | 动力系统（电机·电调·电池·螺旋桨） | 4 | 2 | 8 |
| 4 | 飞行原理与四通道控制 | 4 | 2 | 8 |
| 5 | 飞控系统与 PID 控制 | 4 | 2 | 8 |
| 6 | 传感器与导航系统 | 3 | 1 | 8 |
| 7 | 通信系统与数据链 | 2 | 1 | 8 |
| 8 | 综合项目：装机组网与实战 | 3 | 3 | 8 |
| | **合计** | **24** | **24** | **48** |

## 五、课程内容详述

### 单元1：无人机概论与系统全景（理论3+实训1=4学时）

**理论：**
- 无人机定义、分类（多旋翼/固定翼/直升机/复合翼）
- 按重量分级（微型/轻型/小型/中型/大型）
- 六大子系统全景图
- 系统闭环：遥控→接收机→飞控→电调→电机→桨→升力
- 无人机行业发展与低空经济

**实训：**
- 拆解一架训练机，指认六大子系统

### 单元2：机架结构与材料（理论1+实训1=2学时）

**理论：**
- 轴距定义与桨尺寸的匹配关系
- 碳纤维/铝合金/工程塑料的材料对比
- X型 vs +型布局的对比如

**实训：**
- 测量不同机架的轴距、重量，记录对比

### 单元3：动力系统（理论4+实训2=6学时）

**理论：**
- 无刷电机工作原理、KV值的含义
- 电子调速器（ESC）功能、BLHeli固件
- 锂电池三要素：S（电压）/ mAh（容量）/ C（放电倍率）
- 螺旋桨规格（直径×螺距）与选型
- 推重比计算与黄金区间

**实训：**
- 电机+电调+桨+电池匹配实验
- 推重比计算竞赛

### 单元4：飞行原理与四通道控制（理论4+实训2=6学时）

**理论：**
- 伯努利原理（吹纸实验）
- 牛顿第三定律
- 四通道解析：油门/横滚/俯仰/偏航
- 反扭矩原理与电机转向布局

**实训：**
- 模拟器飞行体验（油门控制+悬停）
- 四通道操作练习

### 单元5：飞控系统与PID控制（理论4+实训2=6学时）

**理论：**
- 飞控硬件架构（STM32主控+IMU+气压计）
- PX4 / ArduPilot 固件生态
- 闭环控制系统概念
- PID 三参数含义与调参规律
- 串级PID结构（位置→速度→姿态）

**实训：**
- Mission Planner/QGC 连接飞控，读取传感器数据
- PID 调参实验（过调→震荡→收敛）

### 单元6：传感器与导航系统（理论3+实训1=4学时）

**理论：**
- IMU 惯性测量单元（加速度计+陀螺仪）
- GPS 三球交汇定位原理
- RTK 差分定位
- 气压计定高
- EKF 多传感器融合
- 磁力计干扰问题

**实训：**
- 观察飞控传感器实时数据，识别各传感器输出
- GPS搜星与HDOP精度评估

### 单元7：通信系统与数据链（理论2+实训1=3学时）

**理论：**
- 三条链路的分工与频段选择
- 遥控协议（PWM/PPM/SBUS/CRSF/ELRS）
- MAVLink v2 通信协议
- 图传系统（模拟vs数字）
- 三种飞行模式（GPS/运动/姿态）

**实训：**
- 对频操作：遥控器绑定接收机
- 地面站连接，MAVLink消息抓包

### 单元8：综合项目——250mm穿越机装机组网（理论3+实训3=6学时）

**理论：**
- 250mm穿越机方案设计
- 部件选型与匹配计算
- 飞行安全与法规
- 课程总结

**实训：**
- 分组设计一台250mm穿越机的完整装机清单
- 推重比、电流、续航核算
- 方案答辩

## 六、考核方式

| 考核项目 | 比例 | 说明 |
|----------|------|------|
| 平时成绩 | 20% | 出勤 + 课堂互动 + 作业 |
| 实训成绩 | 40% | 6次实训报告 + 综合项目答辩 |
| 期末理论考试 | 40% | 闭卷，选择+判断+简答+计算 |

## 七、教学资源

| 类型 | 资源 |
|------|------|
| 教材 | 《无人机系统组成与飞行原理》（自编校本教材） |
| 课件 | HTML交互式课件 + PPT课件 |
| 实训设备 | 训练机架×10、飞控×10、电机套装×10、电池组、充电器、模拟器 |
| 软件 | Mission Planner / QGroundControl / Betaflight |
| 在线资源 | B站无人机教学视频、PX4官方文档、ELRS开源社区 |

## 八、课程思政融入点

| 单元 | 思政元素 |
|------|---------|
| 单元1 | 低空经济上升为国家战略，激发产业报国使命感 |
| 单元2 | 碳纤维自主研发历程，突破"卡脖子" |
| 单元3 | 中国锂电产业全球领先，民族自信 |
| 单元4 | 伯努利300年，求真务实的科学精神 |
| 单元5 | PID精益求精——工匠精神与极致追求 |
| 单元6 | 北斗导航系统自主建设，科技自立自强 |
| 单元7 | 大疆创新全球第一，中国智造崛起 |
| 单元8 | 航空安全无小事，法治意识和职业操守 |

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*编制：低空智能数据技术教研室*
*日期：2026年5月*