2.1.1 固定翼飞机
固定翼飞机（Fixed-wing plane）平台即日常生活中提到的“飞机”，是指由动力装置产生前进的推力或拉力，由机体上固定的机翼产生升力，在大气层内飞行的重于空气装置的航空器。此类飞行平台主要可分为机身、机翼、尾翼、起落装置、动力装置、机载设备装置六大部分。其与有人机区别并不大，只是将传统的尾翼（严格地讲应该称为安定面及舵面）独立划分融合进机翼的范畴，因为有些鸭翼构型的飞行器的安定面或舵面不仅起到稳定控制作用，一样也能产生升力，而伞翼或柔性滑翔翼因为在飞行中，其产生升力的柔性翼面通过支架或伞绳与机身相连且基本相对保持位置不变，也把它们划分到飞机一类里面统一描述。
1.机身
机身主要起装载和连接的作用。无人机的任务载荷都安装于机身内部或表面，而且机身与动力装置、起落装置、机翼相连，机身将整个分系统有机地联系在一起，并通过自身的结构来承担自身或其他部件、装载的内容物传递的载荷、飞行中的气动过载及传递力矩（图2-1）。机身的设计目标：满足应用的要求；在保证结构完整安全的前提下尽量减轻结构质量；合理运用内部空间，保证飞机飞行性能；尽量光滑流线，减小阻力；可维护性好，安装在机身内部的设备便于接近维修；便于制造，便于修理。固定翼无人机的机身构型可分为简单梁杆式、构架式、半硬壳式和全硬壳式。就机身的本体而言，除翼身融合或按照升力体设计机身外，几乎不产生升力，产生的都是废阻力。因此，在满足运载能力、结构强度和飞行性能的前提下越简单、越流线、越光滑就越能降低阻力。
（1）简单梁杆式机身。简单梁杆式机身主要由自由飞类航模滑翔机发展而来，此类无人机的机体就是一根非常简洁的杆，机翼尾翼直接安装在上面，机身头部或下部安装有任务载荷，此类构型的特点就是简单，所有设备一目了然、便于维护，此类构型的机身主要用于便携式手抛近距侦察使用的无人机（图2-2）。机头或机身下方悬挂的任务载荷可以根据不同任务安装不同的设备总成，此类构型的无人机往往采用高置上单翼，推进式或拉进式动力装置，电动居多，而且动力装置一般都与机翼相连而不与机身相连，机身仅仅通过翼台与机翼、尾翼相连，为了追求简单轻巧，起落装置往往也会省略。
图2-1 歼七飞机的机身
图2-2 单兵手抛无人机
（2）构架式机身。构架式机身为了保护任务载荷及控制装置，构架式机身采用木质或金属及复合材料条、管、棒进行构架，并且通过搭建三角形结构用以加强，最终由整个机身构架承载剪切力、弯矩和扭矩（图2-3）。在这样的机身外表会蒙有棉纸、绢、涤纶绸布、热缩膜等材料来整流，偶尔也能见到用复合材料或木质薄板整流的，但是这些蒙皮更多起到的是让整个机身尽量光滑的作用，只承担很小的气动力，一般不承担任何弯、扭、剪力。此类机身构型应用在早期的一些固定翼无人机上面，现在用得不多。但是这种构型在无人直升机和多轴飞行器上应用广泛，小型的无人直升机一般由航模直升机发展而来，机身就是工程塑料、金属或复合材料制成的机体构架，小型的多轴飞行器更是用复合材料或工程塑料的板材和管材进行构架整合，机体外表的整流罩主要是为了美观和保护内部设备，不承担机体受力。
（3）半硬壳式机身。半硬壳式机身是由梁、桁条、隔框组成框架，外表覆盖蒙皮，蒙皮与梁、桁条和隔框也紧密相连，共同组成机身的箱筒状结构。其中，大梁和桁条用来承受弯矩引起的轴向力，与之相连的蒙皮除要不同程度地承受轴向力外，还要承受全部剪力和扭矩；隔框用来保持机身的外形和承受局部空气动力，另外，还要承受各部件传来的集中载荷，并将这些载荷分散地传递给蒙皮。这一结构是当前主流的载人飞机的机身结构（图2-4），对于无人机而言主要由固定翼无人机采用，材料也主要是木、金属、碳纤维和玻璃纤维等。
图2-3 构架式机身
图2-4 半硬壳式机身
（4）全硬壳式机身。全硬壳式机身是采用框架、隔框形成机身的外形，而蒙皮承受主要的应力（图2-5）。硬壳式机身结构一般只有隔框，没有或有很少的纵向加强件，因而，蒙皮必须足够厚和足够强才能维持机身的刚性。这在现代载人飞机领域较少使用，在通用航空领域由于飞机体量比较小，也能找到一些采用硬壳结构机身的载人飞机。在无人机领域，因为尺寸更小，就有很多机身采用整体注塑式或复合材料制作的全硬壳式机身无人机，特别是在一些小型舱身式无人机用得比较多。现在制造航模无人机的材料越来越轻量化，EPP、EPO、EPS这样泡沫一次成型的机身，为了加强机身强度，中嵌一根碳纤维梁，这种结构从某种意义上也可以视为硬壳式机身。
图2-5 全硬壳式机身
2.机翼
机翼（包含尾翼或鸭翼）是产生升力及姿态控制力的主要部件，机翼一般是左右对称地出现在机身两侧，主要目的就是产生升力及气动平衡力矩，上面还拥有一些可以活动的舵面，这些活动的舵面可改变机翼的形状，控制升力和阻力的分布，达到改变飞行姿态的目的。无人机领域的飞行器尺寸都较小，因此，机翼的构造主要可分为构架式、整体式、柔性结构式。构架式就是和普通飞机一样的类型，由翼梁、翼肋、腹板、加强筋条组成构架并且与蒙皮一起组合形成盒型结构来承担弯矩扭矩并且保持机翼外形，由蒙皮承担的气动力传导至结构架上作为机翼的整体载荷（图2-6）。这一机翼形式在无人机和航空模型领域应用最为广泛，广大爱好者在航空模型制品中经常能见到。
整体式是利用可发泡材料在模具内统一发泡成型。此类材料有EPP、EPO、EPS等。此类机翼便于生产，一次成型，耐冲击、韧性好，但是强度不足，一般都需要与木材、复合材料、铝合金等材料制成的杆或梁相结合才能发挥出最大的性能优势（图2-7）。此类机翼还有一个特点就是只能用专用的胶水粘接，传统的502、哥俩好等含有有机溶剂的胶水会对其产生严重腐蚀。此类机翼主要用于简易便携的手抛类型无人机，除机翼外，甚至机体都可以用这种材料制作，可以进一步降低成本。
图2-6 构架式的机翼
图2-7 泡沫整体成形的机翼
柔性结构的机翼主要是指半柔性伞翼、全柔性伞翼及充气柔性翼（图2-8）。半柔性伞翼采用航空铝合金或复合材料薄壁管构建三角形的构架，用涤纶纤维织物制成伞布形成左右对称的两个圆锥面组成。飞行时迎面而来的气流吹鼓伞布自然形成产生升力的翼面，柔性的翼面将气动力传导至伞翼构架上，伞翼构架承担主要气动载荷，此类伞翼仅仅起到升力面的作用，不具备姿态控制能力，在同样高度与速度下，伞翼能提供的升力仅达到通常机翼的1/3左右，飞不到较高的高度。但是由于采用三角形伞翼，使飞机翼展较小，这样在低空复杂气流作用下，相对容易保证平稳飞行，此类构型多见于慢速的航拍航测无人机上。而全柔性的伞翼主要是指类似滑翔伞或特技运动降落伞那样的构型，采用航空绸布制成上下两片翼面，中间以肋片隔开若干气室，前缘开口，后缘封闭，飞行时相对气流自前缘的开口处冲压进入，形成上表面鼓起、下表面凹进的滑翔翼构型，每一个气室也成为组成整个伞翼翼面的单元，每个单元可以提供一部分结构刚度，但绝大部分的翼面的升力或气动应力全部通过柔软的伞绳传导至机身上，并通过操纵绳来改变伞翼的两侧弯曲程度来实现姿态控制。在不飞行时，整个伞翼就可以折叠收藏。由于起飞时展开较为麻烦和起伞技巧要求较高，此类机翼构型在无人机中的应用不是很多（图2-8）。
图2-8 柔性机翼的无人机
充气柔性翼是指通过充气式来达到合适的升力体构型的机翼。内部充入氦气后，膨胀成特定机翼形状。通过翼下扣带连接吊绳丝将机身吊挂在柔性翼下方，可构成充气式柔性翼滑翔机、人力飞机、动力飞机和太阳能飞机。如果在内部充填的是氦气（不允许使用氢气，除非得到局方批准），充气柔性翼就同时具有静态浮力和动态升力，整体结构质量可减至普通机翼的1/3～1/2，不仅简单可靠、安全稳定，制造成本也可以大大降低。其实，此类构型的机翼是轻于空气的航空器和重于空气的航空器的结合。柔性机翼的使用难点就是此类机翼难以在其上面布置副翼、襟翼、缝翼、扰流板等操作面，也无法在机翼内部安排整体油箱等。
3.尾翼
尾翼是用来配平、稳定和操纵固定翼飞行的部件（图2-9）。它通常包括垂直尾翼和水平尾翼两部分。
图2-9 固定翼飞行器不同的尾翼形状
4.起落装置
起落装置是让飞机在地面停放、起降滑跑时用于支撑整机质量，吸收接地冲击能量的部件（图2-10），有轮式、滑橇式、雪橇式、浮筒式和船身式等构型。
图2-10 航模和无人机的起落装置
轮式起落装置应用最为广泛，各类航空器均可采用；滑橇式起落装置主要用于直升机；雪橇式起落装置主要是根据冬季的自然环境由轮式起落装置改装而来；浮筒式起落装置是为了应用在水上起降条件而设计的，固定翼的飞机或旋翼类的直升机都有采用；船身式起落装置则主要应用于固定翼的水上飞机构型。
无人机则主要以轮式和滑橇式起落装置为主。轮式起落装置在固定翼上应用较多，滑橇式起落装置则主要是在直升机类无人机上应用比较多。由于很多无人机的体型比较小，所以，有的无人机干脆取消了起落装置，直接采用机腹迫降的形式着陆。载人的飞机为了有效减缓飞机着陆时和地面的撞击，大多使用了液压气压混合减震的方法，而且充气轮胎的弹性也有很好的吸收振动的能力。对于无人机而言，由于本身的尺度及质量轻，为了尽量简化并节约质量，让无人机能携带更多的载荷执行任务，绝大多数采用了非常简单的板式起落装置。板式起落架利用材料自身的弹性来吸收振动，橡胶机轮绝大部分是实心或空心不充气的状态，可完全满足日常使用的需要。仅仅在大型的军用无人机上才用到了具备油气混合减振支柱的起落装置和充气轮胎。
对于旋翼类的直升机构型的无人机，无论是传统布局还是多轴布局，无一例外地采用了塑料、板材或复合材料的滑橇式起落装置。因为单旋翼的直升机或多轴飞行器自身可以控制下降率，起落装置与机身或机架本体就是刚性连接，在飞行或降落时完全依赖在任务设备上或机载设备上安装的减振吸能的装置来抵消整个飞行器产生的振动或接地冲击。一旦着陆冲击太大，滑橇起落装置就会通过变形或结构溃缩来吸收冲击能量，从而达到保护更重要的机载设备的目标。
5.动力装置
动力装置是为整个飞行器平台提供推（拉）力，从而让飞行器产生升力并能够为其他机载设备或系统提供动力能源的系统。该系统包含发动机本体和正常工作必需的系统和附件。动力装置可以让飞行器能够持续前行或带动旋翼旋转，让空气和机翼或旋翼产生相对运动，从而在机翼上或旋翼上产生升力，属于一次能源。动力装置还可以通过附件齿轮箱带动发电机产生电力、带动液压泵产生液压力、产生压缩空气等，用于机载设备、环境控制、飞行控制等，属于动力系统产生的二次能源。
常见的动力装置有五大类，即活塞式内燃发动机（图2-11）、涡轮喷气式发动机、冲压喷气式发动机、火箭式发动机和电动机（图2-12）。其中，前三者需要不断地吸进空气，压缩燃烧，排出燃气对外做功实现连续运转，只能在大气层内使用。而火箭式发动机一般通过自行携带的氧化剂和还原剂或固体燃料完成燃烧和产生推力，不再需要额外的空气，因此，火箭式发动机不仅可以在大气层内使用，还能在外太空使用。最后一种电动机最为清洁，也最安全，对机械维护保养要求低。
需要说明的是，动力装置还可以细分为热机、电动机和推进器。所谓热机和电动机是将化学能或电能转换成机械能的机械，推进器是能够提供动力或推进力，提高速度的设备。我们可以看出活塞发动机仅仅是热机，推进器是安装在上面的螺旋桨（图2-13），而燃气涡轮发动机（图2-14）本身既是热机又是推进器。当然，支线客机使用涡轮螺旋桨发动机和直升机使用的涡轮轴发动机有些例外，因为它们绝大多数的机械能量被用于驱动螺旋桨和旋翼了，排气没有能量让飞行器速度的增加。所以，它们是热机，推进器仍然是螺旋桨和旋翼。
图2-11 活塞式内燃发动机
图2-12 电动机
图2-13 螺旋桨
图2-14 燃气涡轮发动机
对于活塞发动机而言，螺旋桨的功能不仅是推进器，还承担着让曲轴连杆带动活塞越过上下止点的飞轮效应，以及对气缸强制散热的功能。
活塞螺旋桨、涡轮螺旋桨、涡轮风扇、涡轮喷气、冲压及火箭动力装置分别针对不同的飞行速度、飞行高度及经济性，依次是增加和减少的关系。对于军用无人机而言，大部分使用环境也是低空低速，因此，绝大部分采用了活塞发动机搭配螺旋桨构型的动力装置，而在军用的一些大型、高空长航时无人机，甚至靶机、靶弹上才会使用涡桨、涡扇、涡喷、冲压甚至火箭等动力装置。而在民用消费无人机领域，占主要地位的是由电动机和螺旋桨匹配而成的动力装置，既干净清洁，又方便安装，还好操作，易于控制，可动部件很少，最大限度地降低了因为机械原因导致故障的可能性，但是电动机非常依赖可靠性很高的电池或发电系统。另外，一部分民用无人机则为活塞式内燃发动机的发动机和螺旋桨的配置，涡轮喷气类发动机虽然在民用无人机领域也有应用，但是所占份额最少，而且多应用于大型民用无人机场合。需要说明的是，目前在大部分无人机产品里面，动力装置还暂时只起到产生推（拉）力促使飞行器飞行速度更快、升力、更大的一次能源的功能，仅仅少部分军用或大型民用无人机的动力装置才有提供二次能源的能力。
6.机载设备装置
机载设备装置无论在固定翼飞机还是在旋翼类的直升机或自转旋翼机都基本相同，仅仅是飞行控制设备的控制方法不太相同而已。一般将机载设备分为飞行控制、通信系统、机电系统和任务设备四大系统。
飞行控制系统可用来保证飞行器的稳定性和操纵性，提高完成任务的能力与飞行品质，增强飞行的安全及减轻驾驶员负担（图2-15）。飞行控制系统可分为人工控制和自动控制两种方法。人工控制的指令是由驾驶员发出，通过机械连接或光电信号线路传输到舵面或作动筒，直接对飞行器的动作进行控制。自动飞行控制的指令是系统本身自动产生的，自动飞行控制系统是对飞机实施自动或半自动控制，按照飞控计算机储存的飞行路线自动控制飞机或协助驾驶员来自动控制飞机。
图2-15 开源飞控
飞行控制系统实现飞机的俯仰、滚转和偏航控制，增升和增阻控制，配平，直接控制及其他改变飞机的构型控制（如改变机翼后掠角、水平安定面安装角等）。它既是飞机的一个组成部分，也是一个独立的系统，如自动驾驶仪、发动机油门的自动控制、结构模态抑制等。简单地说，就是将飞行员的操作意图或是将飞行管理计算机里储存的飞行计划通过飞行控制计算机转换成控制信号，再依靠机械连杆/传动钢索、电传/光传系统、液压作动器等传递到控制舵面上，同时，测量飞机的姿态、速度、高度等信息，通过导航系统实时解算飞行器的位移，显示在飞行员面前或和飞行管理计算机里的飞行计划进行比对实现飞机的半自动控制和自动控制。
大型无人机的飞控系统和有人机相差不大。而在消费级微小型无人机领域飞行控制系统则主要是电源、飞行控制器、GPS天线、舵机/电调、电机、摇臂、连杆及舵面等。无人机的通信系统就是将驾驶员的操纵意图通过地面站转化成无线信号，经数传电台或卫星通信天线传输给无人机，同时，也将无人机的状态、位置信息等信号传输回地面站，并在显示屏上显示给驾驶员。而无人机所携带的光电传感器等任务设备感受到的图像，或者拍摄到的图片需要通过图像专用的无线链路传回地面控制站，这就有了无人机常用的图传电台（图2-16）和数传电台（图2-17）。图传电台一般是单向的下行链路，而数传电台是双向的上下行链路。
图2-16 图传电台
图2-17 数传电台
无人机机电系统是指无人机所搭载的用于辅助执行任务的各类机械电气机构。典型的设施如航拍无人机的云台系统和机架变形系统（起飞后收起起落装置以获得更好的拍摄视野）、货运无人机的抓取收放机构等。
无人机任务设备是指无人机的各种用于执行指定任务的设备，如摄像头、光电球、药液布洒器等，这些在后述内容中会专门进行讲解。