多旋翼无人飞行器结构设计分析

随着科学技术的逐渐发展,各种无人飞行器被逐渐的应用到各种领域当中,其中多旋翼飞行器由于具有垂直起降、简单结构、操作方便及机动灵活等优点,如在飞行器上挂载航拍摄像头、物品抛投器等模块则可以实现勘察、航拍,气象观察等多种功能。通过对多旋翼无人飞行器结构进行分析,进一步探讨其原理,以便推动无人机飞行器的发展。     

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。     

混合动力多旋翼无人飞行器设计与气动特性研究

根据多旋翼无人飞行器油电混合动力系统的特点,为油电混合动力系统提出一种多旋翼无人飞行器,对提出的多旋翼无人飞行器进行结构设计,并利用FLUENT软件对所设计的多旋翼无人飞行器结构布局进行气动计算和分析。计算结果显示所设计的油电混合动力多旋翼无人飞行器结构之间存在气动干扰,随着气桨转速增大,气动干扰增强,总装产生总气动拉力会比气桨单独工作时产生的拉力要小,过高的螺旋桨转速会严重降低总体的气动拉力,因此螺旋桨转速必须加以限制。     

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。     

四旋翼无人飞行器驱动系统设计与性能测试

针对动四旋翼无人飞行器的高动态、高效率驱动问题,对四旋翼无人飞行器驱动系统的硬件设计、动态模型、能量效率等方面进行了研究,提出了一种基于ATmega88微控制器及I2C总线技术的多旋翼飞行器驱动系统,利用升力测试平台对驱动系统的动态性能与能量效率进行了测试,通过系统辨识实验建立了PWM-旋翼升力动态模型,并分析了供电电压对模型参数和系统效率的影响。实验结果表明,该驱动系统带宽大于10 rad/s,且在每个旋翼300克升力输出时效率高达9 g/W,完全满足四旋翼无人飞行器的设计需要。     

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。     

无人搜救飞行器结构设计

四旋翼无人搜救飞行器合理的结构设计是飞行器稳定飞行的前提,飞行器性能的稳定取决于设计结构的优化程度。通过对四旋翼无人搜救飞行器结构的分析、建模、运算来设计四旋翼无人搜救飞行器的结构,使其性能更加稳定可靠。     

三旋翼飞行器动力学分析及建模

根据国内外旋翼飞行器的发展趋势,提出了三旋翼飞行器的研究方案.首先,介绍了三旋翼无人飞行器的机械结构,分析了它的整体物理力矩,理论解决了力矩相互抵消的问题.其次,对飞行器的起飞、俯仰、滚转、偏航等姿态进行了数学分析,建立了三旋翼无人飞行器的数学模型.最后,利用PID控制法和线性二次高斯(LQG)控制方法设计了三旋翼飞行器的控制器.实验结果表明,PID控制器振荡时间比较长,次数较多,没有达到理想状态;利用LQG方法对控制器进行了改进,对各个通道阶跃函数及脉冲响应函数仿真图的分析显示,系统改进后响应速度有了提高,2 s左右受控达到平衡.本文的研究为无人机的姿态控制提供了理论基础.     

可伸缩折叠式四旋翼飞行器设计

针对四旋翼飞行器的结构外形不便于随身携带的特点,进行了优化设计。通过分析四旋翼飞行器结构特点和飞行原理,设计出可自动伸缩、折叠的四旋翼飞行器平台,并进行强度校核,最后进行了三维仿真建模与模型制作和试验测试。结果表明设计的四旋翼无人飞行器实现了空中自动伸缩、着陆后手动折叠的功能,同时节省携带空间,达到了良好的效果。     

基于作物表型信息获取的多旋翼飞行器应用研究综述

以多旋翼飞行器为平台搭载不同类型的传感器构成低空遥感监测系统用于提获取田间作物表型信息,成为目前研究的热点。分别对四旋翼飞行器平台、六旋翼飞行器平台、八旋翼飞行器平台等三种平台搭载不同的传感器获取叶面积指数、株数信息、生物量、叶绿素含量、产量、氮素状况等作物表型信息的研究成果进行阐述与分析。兼顾飞行稳定性能和有效负载能力,八旋翼飞行器搭建数码相机将会在提获取田间作物表型信息得到更为广泛的应用。     

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。     

四旋翼控制系统的硬件电路设计研究

四旋翼飞行器是一种具有四个固定在同一平面上的旋翼的飞行装置。其优势在于机械结构简单,可以垂直起落、悬停,它在民用、军事领域均有广泛的应用。首先分析研究了飞行器的发展现状,及四旋翼的基本原理和坐标系的确定。然后完成了四旋翼飞行器的硬件设计。选择STM32系列芯片作为主控器,完成了飞行器控制模块、姿态解算模块、通信模块、报警模块等的硬件电路设计。     

可倾转变形四旋翼飞行器建模与飞行仿真

为了提高四旋翼飞行器在地震灾难现场等内部狭窄空间中的通过性,提出了一种新型的螺旋桨可倾转的四旋翼飞行器。该四旋翼飞行器在传统四旋翼飞行器基础上增加了一个倾转自由度,实现四个螺旋桨同步、同向倾转,进而可以改变飞行器构型来适应狭窄飞行空间。建立了倾转变形四旋翼飞行器动力学数学模型,在Simulink/SimMechanics仿真环境中搭建了四旋翼飞行器动力学模型,设计了串级PID控制器,实现了四旋翼飞行器在倾转状态下稳定飞行,分析了飞行器穿越狭窄空间的飞行动作及轨迹跟踪情况。仿真结果表明倾转变形四旋翼飞行器构型设计和仿真系统是可行的。     

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。     

基于空间多点悬挂机载云台的轻量化设计分析

多轴增稳云台作为小型无人飞行器载荷系统重要的组成单元,小型化、轻量化与高集成化是云台设计发展的基本趋势之一。提出了一种基于空间多点悬挂、多轴系框架闭环的云台系统轻量化设计方法,分析了封闭环架多点自由度约束设计模型,通过载荷的力矩计算,创建了云台系统的轻量化模型。通过有限元力学建模仿真,结合多旋翼无人飞行器的振动特性,与实验相结合,分析了云台系统的振动特性和随着载荷重量改变的模态响应,验证了系统设计的可行性和稳定性,为云台系统的轻量化设计提供了理论参考。     

气动干扰下的Hex-Rotor无人飞行器控制器及其飞行实验

分析了气流扰动、翼间干扰等因素对飞行中的无人飞行器的控制精度和效果产生的影响,并给出了相应的解决方法。建立了Hex-Rotor飞行器的动力学模型,分析了升力因子不确定性导致飞行器控制效果下降的影响因素。设计了反演滑模控制器来控制飞行器的空间六自由度运动,同时考虑升力因子的不确定性采用超螺旋非线性观测器观测各个旋翼的升力因子来克服气动干扰的影响。通过原型机验证了提出的方法,结果显示:Hex-Rotor飞行器在气动干扰较大的外部环境中飞行时,水平位移跟踪误差不超过±4.5m,高度误差不超过±2.5m,姿态角度误差保持在±2°内,较大地增强了飞行器的抗扰能力。结果表明:采用本文的方法可以有效地估计各个旋翼的升力因子,从而提高Hex-Rotor飞行器的控制精度和效果。     

斜铰旋翼操纵力矩生成研究

为了对无人旋翼飞行器使用的斜铰旋翼进行深入研究,提出基于旋翼转角反馈的转速调节规律和基于滞后角的操纵力矩方向控制方法,仿真结果表明斜铰旋翼按该转速调节规律运行能够形成可自由调节的操纵力矩.考虑斜铰旋翼在实际应用中可能出现的转速变化,将其作为仿真输入,仿真结果表明斜铰旋翼能够快速响应转速变化,且当前工作状态对于斜铰旋翼后续运行影响较小,能够满足使用需求.     

斜铰旋翼操纵力矩生成研究

为了对无人旋翼飞行器使用的斜铰旋翼进行深入研究,提出基于旋翼转角反馈的转速调节规律和基于滞后角的操纵力矩方向控制方法,仿真结果表明斜铰旋翼按该转速调节规律运行能够形成可自由调节的操纵力矩.考虑斜铰旋翼在实际应用中可能出现的转速变化,将其作为仿真输入,仿真结果表明斜铰旋翼能够快速响应转速变化,且当前工作状态对于斜铰旋翼后续运行影响较小,能够满足使用需求.     

倾转变形四旋翼飞行器的设计和实现

针对灾难搜救、军事侦察等应用中的狭窄空间飞行需求,提出一种俯仰姿态可以独立控制的四旋翼飞行器。该飞行器在普通四旋翼飞行器的基础上增加了一个倾转自由度,由一个驱动来独立控制飞行器的俯仰姿态,实现指定倾转角的悬停和飞行。建立了飞行器气动力仿真模型,仿真分析了倾转状态下旋翼间气流干扰对气动力特性的影响。搭建了气动力特性测试平台,通过实验验证了气动力仿真模型的有效性。最后,研制了飞行器原理样机,进行了倾转悬停和倾转飞行实验。研究结果表明,飞行器可以实现接近90°的倾转悬停,同时可以以倾转60°的俯仰姿态稳定飞行,验证了倾转变形四旋翼飞行器穿越狭窄空间的可行性。     

多旋翼飞行器动力学建模与控制系统设计

考虑到多旋翼飞行器多变量、欠驱动以及承载能力小等特点,设计了一种不增加旋翼尺寸,而提高升力的多旋翼。对多旋翼飞行器进行动力学建模,并对模型进行适当简化得出最终动力学模型。通过实验的方法测量出模型所需要的未知量。采用PID控制算法对模型进行matlab仿真实验,并得出结论。