基于拓扑优化的四旋翼无人机机身轻量化设计

针对四旋翼无人机机身轻量化需求，以小型四旋翼无人机机身结构为研究对象，基于质量最小原则对四旋翼无人机机身结构进行轻量化设计。选用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)材料，利用Inspire软件分别对不同优化目标下的机身模型的形状控制进行了拓扑优化计算，依照质量最小原则，得到了基于形状控制为辐射状的小型四旋翼机身的关键结构特征。然后对拓扑优化的最优结果进行了几何重构及强度校核，得到适合于3D打印的结构，相对于初始结构实现了54%减重，且多工况下机身模型的应力、位移、安全系数都符合设计要求，接着通过切片软件设置层厚、模型摆放位置等参数对机身的三维数据进行前处理，最后通过3D打印机实现轻量化模型熔融沉积成型(FDM)快速制造。该研究结果为四旋翼无人机机身结构的设计提供一种新的设计思路，为实现低成本、轻量化的四旋翼无人机结构提供一条新的途径。     

复杂环境下的四旋翼无人机定位技术综述

四旋翼无人机的定位一直是无人机研究领域的核心问题,四旋翼无人机准确的定位是实现飞行控制、避障、路径规划以及抓取等各种复杂任务的基础和前提。本文对复杂环境下的四旋翼无人机定位技术的历史发展以及研究现状进行了简要介绍,并对基于同步定位与制图(SLAM)技术的机器视觉定位、激光测距定位、红外线定位、超声波定位进行了重点介绍。     

基于有限元的四旋翼无人机碳纤维结构优化设计与固有模态分析

根据消费级四旋翼无人机性能要求,设计了一款质量轻、强度高、航时长、构型简洁的全碳纤维结构消费级四旋翼无人机。建立了四旋翼无人机结构有限元模型,对额定载荷下无人机的结构应力进行了分析。基于最大应力强度准则,对无人机结构强度进行了校核。分析了结构的稳定性,计算了初始结构失稳临界载荷和失稳模态。基于最小重量要求对无人机初始结构的碳纤维铺层进行了优化设计。对优化后的结构进行了固有振动分析,给出了结构的前四阶固有频率和振动模态。优化后的结构在2 g过载下,极限载荷是最大使用载荷的2.57倍,失稳临界载荷是最大载荷的2.09倍,满足设计目标和要求。优化后的结构重量减少了21%,降低为108.6 g,有效载荷约为机体结构重量的3倍。     

基于多旋翼无人机平台的高空玻璃清洁装置的研发及应用

本文设计出一款基于多旋翼无人机平台的高空玻璃情节装置,主要由多旋翼无人机、机械运动机构和清洗机构组成。其中,多旋翼无人机提供机构的挂载安装、控制和检测;机械运动机构按照指令移动清洗机构;清洗机构实现高压冲洗清洁。该装置实现了对高层建筑物的玻璃幕墙的清洁和检测,自动化程度高,极大地提高了清洁效率,降低人力成本,也为无人机今后的创新应用开发设计提供参考,为拥有A P O A执照的无人机飞手提供了一个新兴职业。     

基于光流和超声波模块的小型四旋翼无人机定点悬停控制

针对小型四旋翼无人机无GPS环境下的定点悬停问题,设计了一种改进的基于计算机视觉的控制方案,并搭建小型四旋翼无人机飞行试验平台。在光流工作的同时,引入超声波模块为无人机提供高度信息,使得光流传感器始终在固定高度工作,提高光流测量的准确度。试验结果表明:该方案的定点悬停效果较好。     

基于改进遗传算法的四旋翼无人机飞行姿态测量方法

为提高无人机飞行姿态的测量精度，本文引进改进遗传算法，设计一种针对四旋翼无人机的飞行姿态测量方法。首先利用改进遗传算法中的算子，编码四旋翼无人机的初始化状态，使用实数编码方式，将待辨识的参数作为输入条件，辨识无人机飞行中姿态参数；其次根据机翼产生的不同转速，控制无人机的飞行，并提取无人机飞行姿态参数，构建对应的动力学模型；最后设定无人机主体结构在飞行过程中存在横向、纵向与竖向三个方向的旋转姿态，对比实验结果证明：该方法可以提高四旋翼无人机飞行中姿态角测量精度，控制测量结果与标准值偏差在±0.2°范围内。     

固定源废气颗粒物采样管控制系统设计

参考直升机的旋翼滑流理论,在固定源废气颗粒物采样管前端设计旋翼桨叶,为完成采样管旋翼桨叶进入、弯折、伸展、折叠、收拢、展平、退出等一系列动作,相应设计了采样管控制系统。以三菱FX2N-32ER型可编程控制器为核心设计了气动控制回路,通过三菱FX系列编程软件对PLC程序进行了设计,实现了采样管的远程控制,降低现场环境监测采样人员暴露在污染环境的时间。     

美军新一代作战直升机采用碳纤复合材料设计 巡航时速近乎翻倍

正据ACMA官网报道称,美国国防部正在为美军研发下一代垂直起降作战飞机(VTOL),用以替代即将退役的UH-60黑鹰直升机。贝尔公司生产的V-280型直升机被纳入考量。该机型在旋翼、机舱和机尾部分大量采用了碳纤维复合材料。V-280的研发过程集结了11家合作伙伴,进行专业的分工。其中包括GKN航空公司(负责机尾结构)、Spirit航空系统有限公司(机身)、Eagle科技有限公司(倾转旋翼)、东丽美国公司(供应碳纤维预浸料)。     

旋翼复合材料桨叶弹击损伤的有限元仿真分析

为研究旋翼复合材料桨叶在高速弹击情况下的损伤情况,本文通过有限元方法,对直升机复合材料桨叶翼型段的弹击损伤进行了仿真分析。建立了复合材料桨叶翼型段的有限元分析模型,采用在三维Hashin失效准则的基础上修改的编织布失效准则对桨叶中的复合材料单元的弹击损伤进行判断,基于ABAQUS软件编写了VUMAT材料子程序,并按照损伤形式对损伤单元的刚度进行折减。计算结果和试验结果的对比分析表明:仿真分析结果和试验结果具有良好的一致性,可见通过数值仿真可以直观地分析桨叶的弹击损伤,预测损伤范围,为桨叶结构的抗弹击设计和评价提供依据。     

基于模糊自适应卡尔曼滤波的GPS_INS融合研究

针对已有GPS_INS组合导航系统在GPS信号强度变弱时扩展卡尔曼滤波器(EKF)可能出现发散的问题,采用一种模糊逻辑自适应的方法动态调节导航系统的过程和测量噪声参数,实现了导航系统的最优估计。通过对多旋翼无人机实际飞行日志数据的仿真,结果表明通过自适应调节噪声参数,导航精度得到明显提升。