四轴飞行器的原理与优化

当今社会,无人飞行器已经日益成熟化普及化了。而相比于其他固定翼飞行器,直升机式飞行器,多旋翼飞行器由于其自身可以垂直起降,易于制作易于操控,可完成各种姿态飞行等特点,已经像雨后春笋般涌现出来。而在多旋翼飞行器中我们会发现,四轴等偶数倍的多旋翼飞行器几乎占据了100%的市场。这也是因为偶数倍的多旋翼飞行器其易于制作,原理简单等原因。但在实际应用中,如果对其没有充分的优化,其飞行时的抗干扰能力和适应能力仍然不是非常理想。在此文中。我们将以四轴为代表仔细分析其工作原理,并尝试对其进行进一步的优化设计。     

一种视频监控用系留型四旋翼无人飞行器的结构设计

多旋翼无人飞行器容易实现自由起降,机动性好,在军民两用方面有着非常广泛的应用价值。通过分析四旋翼飞行器的飞行原理,文中给出了一种视频监控用系留型四旋翼无人飞行器的结构设计方案。重点阐述了该结构的系统功能与组成、材料的选择及收放式起落架设计。建立有限元模型对该结构在风载荷、旋翼升力及降落冲击工况下的强度进行计算,并根据有限元计算结果对结构进行了优化。结果表明,该结构设计满足技术指标要求。     

基于CFD方法的垂直起降飞行器气动设计与分析

设计了一种复合式动力布局的垂直起降(vertical takeoff and landing, VTOL)飞行器，该飞行器采用无尾三角翼气动布局，静稳定设计，在其处于固定翼模式的情况下，使用CFD方法，基于Standard k-ε湍流模型对其进行了仿真分析。获得了在一定范围的迎角下飞行器的气动参数曲线以及升阻力情况，为该飞行器结构设计及控制系统设计提供了依据。仿真结果表明，该飞行器具有较小的阻力系数，且在最大升阻比附近的动态范围较宽，尤其适合高速飞行的场合。俯仰力矩几乎为0,无需平尾配平俯仰力矩，降低了控制系统的设计难度。飞行器整体设计布局合理，气动效率较高。     

可变结构小型多旋翼无人飞行器的设计

针对现有的四旋翼直升机存在飞行速度低、航程短等问题,综合考虑了四旋翼可以垂直起降和固定翼能够长距离航行的特点,提出一种在四旋翼的基础上添加一对固定翼和涡扇推力电机的变结构无人飞行器,并给出三维建模;在水平飞行时机身两侧的双涵道涡扇和机翼共同向前倾斜以产生向后的推力和向上的升力。开发出该变结构无人飞行器样机,对飞行器固定翼进行流固耦合力学仿真分析,最后对变结构飞行器动力学建模。固定翼的单向流固耦合计算结果显示,设计的机翼升力满足设计要求。从截面翼型位置上分析有一定意义,证明最大应力并非在翼型的前缘或后缘,而是在上表面,同时也验证了CLARK Y翼面形状产生的升力在飞行过程中起主要作用。     

尾坐式超小型无人机的流体动力学仿真研究

尾坐式无人机是一种采用尾坐式设计的具有垂直起降功能的无人机,该机不仅具有固定翼无人机飞行效率高、巡航速度快等优点,又有旋翼式无人机垂直起降和悬停的能力,具有很高的研究意义和应用价值。为了研究尾坐式无人机在尺寸超小型化和低雷诺数特定条件下的气动性能,利用商业CFD软件对其进行三维流体动力学数值模拟,获取无人机的主要气动特性。并对巡航速度条件下的升力系数、阻力系数等进行了分析研究,为无人机的整体优化做准备。     

某四旋翼无人飞行器的力学仿真分析

旋翼无人飞行器具有垂直起降／着陆、可悬停、机动性好及结构简单等多种优点,无论是在军事领域还是民用领域,都有非常广泛的应用价值。文中采用Abaqus建立了某四旋翼无人飞行器的力学仿真模型。基于所建立的力学仿真模型,分析了该无人飞行器在旋翼升力、风载荷和降落冲击等工况下结构的强度和刚度响应,得到了相应的变形和应力云图。计算结果表明,该旋翼飞行器的结构设计满足总体设计要求。     

一种分布式动力固定翼垂直起降飞行器的设计

本文提出了一种名为Shooting Box的先进垂直起降飞行器概念。该飞行器采用先进的分布式油电混合动力系统,相比传统飞行器所使用的涡轴、涡扇或是纯电动动力系统,极大地提升了发动机燃油效率。同时,该飞行器所采用的分布式动力单元较传统飞行器有了很大的变化,分布式布置的电涵道风扇使得飞机机翼上表面的流场附面层厚度降低,整体机翼升力系数提高、阻力系数减低,从而提高了飞行器的起飞重量和航程。     

昌飞智能制造启动 实现动部件高效生产

<正>发展通用航空产业,一直是中航工业的既定目标之一。在这其中,直升机以无需场地垂直起降的独特飞行方式,在抢险救灾、护林巡防等领域发挥了重要作用。作为完全依靠巨大的旋翼提供升力及操纵的飞行器,以桨毂为主体的动部件制造被称作"直升机制造皇冠上的明珠"。为了攻克这一难题,解决动部件加工瓶颈并提升产能,中航工业昌飞搭乘"中国制造2025"的顺风车,以智能制造和智     

一种基于3D打印的水陆两用飞行器的设计

四旋翼飞行器是一种结构新颖,机动性能强,具有垂直起降性能的无人机,3D打印技术现正得到广泛应用,重点研究了基于3D打印技术的四旋翼飞行器的结构设计和应力分析,并对其结构进行优化,实现了水陆起降,远程侦察,实时监控等功能,拓宽了四旋翼飞行器的应用领域。     

某型无人机腹鳍连接结构设计与分析

针对气动控制面在机身下侧布局的某型无人机设计了一种脱落式结构.结合理论计算和试验确定了该结构的锲形面夹角、预紧力等关键设计参数,并对其结构进行了有限元分析验证.分析结果证明,在预定工况下各结构件应力和安全系数满足设计要求.对采用该结构的某型无人机在外场进行了多个架次的飞行测试,其飞行结果表明,该结构满足使用要求.     

一种新型串列式双旋翼飞行器

提出了一种新型串列式双旋翼飞行器。该飞行器采用上下串列螺旋桨设计,其中的一个螺旋桨固定,而另外一个螺旋桨可以摆动,以调整飞行器飞行姿态,达到控制飞行器飞行及保证稳定的目的。分析了国际上类似飞行器的发展概况及其特点,介绍了串列式双旋翼飞行器的机械结构设计方案。对飞行器的姿态控制问题进行了相应的理论分析,建立了动力学模型,并针对模型的特点改写了开源飞控APM。通过对控制系统及实际机械结构的试验,验证了方案的可行性。     

某飞行器电池支架结构设计及强度分析

飞行器在飞行过程中,内部电气设备支架承受振动、过载等复杂载荷,为了保证飞行器内部电池固定安全可靠,需要对其支架结构进行合理设计和强度分析。文中设计了一种类似"簸箕"形状的悬挂式电池支架,使用Hypermesh软件对支架进行了四边形壳单元建模,并对结构进行强度计算分析,得出了支架的应力和变形云图。结果表明:电池支架结构方案设计合理,可满足载荷、重量及刚度等设计要求。     

火箭车水平助飞方案仿真及分析

地面辅助起飞是大起降质量差飞行器的重要起飞方式之一.地面辅助起飞系统起飞过程工况复杂,对飞行器的俯仰角响应提出了更高的要求,传统研究通常采用数值计算的方法,计算量大,过程繁琐,结果不直观.针对以上问题,以大型飞行器"霍托尔"为背景,采用分段式建模的方法建立地面辅助起飞系统的动力学模型,运用LMS Virtual.Lab Motion和MATLAB/Simulink进行联合仿真,并设计了控制俯仰角的PID回路.仿真结果表明,采用该方法得到的动力学模型合理,俯仰角控制系统能对俯仰角实现有效控制,起飞系统工作过程稳定.     

仿生蝴蝶飞行器设计分析

面向仿生飞行器未来在地外探测上的潜在应用,提出了一种仿蝴蝶扑翼飞行器的整体设计与制造方案。构思并设计了一款结构相对简单的舵机驱动式双驱扑翼飞行器,并对其做出一系列优化。首先对研究对象进行了概念设计。为了方便实验探究,基于自由度理论设计了一种结构简单,自由度高的仿蝴蝶扑翼微飞行器,并基于飞行器的飞行原理设计了姿态控制方案。利用一系列自行设计的加工工艺,制造组装出整机后,通过实验平台对扑翼微飞行器的飞行状态进行测试,并结合高速摄像机对比观察升力与翅膀运动规律的关系。该仿蝴蝶扑翼飞行器由舵机直驱,翼展为49.8 cm,机身总长37.9 cm,整机重量为32.2 g。测得该飞行器的升力为0.272 N,拍打频率在1.1 Hz左右,最大拍打角为136°。     

四旋翼飞行器室内自主导航研究现状

多旋翼飞行器是一种能够垂直起降的飞行器,四旋翼飞行器则是多旋翼飞行器中的重要代表类型。为了解决四旋翼无人机在室内自主飞行问题,分别对基于单目/双目视觉的自主导航、基于光流传感器的自主导航以及基于激光雷达的自主导航三种技术原理及实现过程进行对比分析。旨在获得足够精度的导航信息,促进室内飞行器自主飞行技术发展。     

协调增益调度的重复使用助推器姿态控制设计

针对可重复使用助推飞行器在大攻角飞行过程中的耦合及干扰问题,提出了基于协调增益调度策略的姿态控制器设计方法。首先,忽略大攻角飞行时俯仰、偏航、滚转通道间潜在的耦合,建立了有别于小扰动线性化的各通道线性化模型,独立设计了各通道的增益调度控制器。然后,在单通道控制的基础上,说明了协调增益调度控制策略的思想。最后,设计了协调调度控制器用于消除通道间的交叉耦合。非线性实时仿真表明,该策略使攻角最大误差降低了1~2°,侧滑角跟踪精度提高了将近0.4°,满足可重复使用助推飞行器大攻角飞行时对系统性能指标的要求,同时控制策略的设计方法物理概念清晰,易于工程实现。     

基于互补滤波算法的四轴飞行控制系统设计

针对目前大多数飞行控制系统姿态信息获取不全、数据融合算法复杂等问题,对四轴飞行器的姿态数据采集、传感器数据特性、数据融合、飞行控制模型等方面进行了研究,对四轴飞行器的多传感器数据融合的特点进行了归纳,详细介绍了互补滤波算法的实现过程,设计了一种基于互补滤波融合算法的四轴飞行控制系统。采用了陀螺仪、加速度计和电子罗盘作为传感器组,将其用于多种姿态信息的获取,通过使用经典的PID控制器实现了飞行器的控制算法,在STM32平台上完成了飞行控制系统的软、硬件设计。最终,在制作完成的硬件上,对数据融合算法的效果进行了比较和分析。研究结果表明,该设计能够高效地融合MEMS与GMR传感器的数据,解算出的姿态角可靠性高,可以满足四轴飞行器的飞行控制要求。     

六轴旋翼碟形飞行器控制系统设计

本文介绍了一种以6个无刷直流电机作为动力装置的六轴旋翼碟形旋翼飞行器。通过电机的转速来控制飞行器的飞行状态,为了实现六轴旋翼碟形飞行器的飞行控制,对飞行器的控制系统进行了初步设计,并且给出了以ATMEGA8535单片机为计算控制单元,给出了其控制系统的硬件设计,由于元器件采用了贴片封装和低功耗的CMOS器件,使飞行器具有重量轻、功耗低、体积小等优点;本文也论述了硬件系统设计各单元模块的功能及可靠性,从而能够满足飞行器起飞、悬停及降落等控制姿态的要求。     

一种四旋翼飞行器超声波避障系统

为提高四旋翼飞行器的安全性,开发了一种基于STM32微控制器和超声波模块的避障系统。在分析超声波数据特点的基础上,对其进行了滤波处理,并根据处理后的数据控制飞行器避障,最后进行了飞行测试。测试结果表明,滤波处理后的超声波数据满足避障控制对实时性、稳定性的要求,同时该避障系统能保证飞行器的安全。     

小型陆空两栖无人机的结构设计与试验

本文提出了一种小型陆空两栖无人机的结构,主体主要包括一种伸缩式四旋翼结构与四轮式行走机构,四旋翼部分创造性的提出了一种可伸展式结构,其能在飞行模式时展开旋翼飞行,在陆地行驶时,四旋翼收合进行避障;四轮式行走机构设计了一种等腰梯形双摇杆转向机构,车轮与地面进行滚动摩擦,降低了车轮的磨损,节省了功耗;对叶片及连翼杆进行了有限元分析校核,制作了样机,对样机进行了陆地行走试验和室外飞行试验,试验中,该机能够通过遥控指挥顺利完成陆地行走转弯、前进后退运行、室外飞行平稳起降,空中悬停、飞行转弯等基础功能动作。试验结果表明,该小型陆空无人机基本达到了设计要求。