重载四旋翼无人机传动系统力学特性分析

发布时间：2020-03-23 13:41

【摘要】：多旋翼无人机是近几年兴起的飞行器,其结构较为简单,但是功能强大,灵活性强,在农业、军事、消防、商业等领域均有着非常广阔的应用前景。油动无人机需要传动系统来将发动机的动力传递给四个螺旋桨上,利用现代设计方法,对新型油动重载无人机传动系统力学特性分析及优化是本文研究的目的。本文详细分析了一种油动重载四旋翼无人机传动系统的结构以及工作原理。从新型复合结构材料力学分析和装配体结构力学分析着手,探究了复合材料力学性能、复合材料力学与铺层角度的关系与碳纤维复合材料结构的失效准则。使用CATIA、UG等三维制图软件对复合材料传动轴结构、包含复合材料传动轴中间轴结构、支臂外轴试验台、支臂内轴联轴器进行设计建模,ANSYS软件对传动系统中含有上述包含碳纤维试验件的结构进行了有限元强度分析。本文试验部分对传动系统碳纤维传动轴进行了扭转强度试验,通过取一段碳纤维薄壁管进行扭矩试验,观察扭转角与扭矩的关系,找出碳纤维传动轴扭转薄弱部位,通过运用碳纤维复合材料混合连接原理,计算其中胶接理论参数与机械连接孔位理论参数,提高了碳纤维传动轴的扭转强度;对支臂外轴进行了拉力试验,设计并加工支臂拉力试验台,分别使用限制载荷、极限载荷、破坏载荷验证无人机的支臂外轴在螺旋桨极限升力载荷下的应变及位移情况;分析与试验结果表明,采用合理的连接方式可有效提高碳纤维与金属构件的连接强度。利用CAD/CAE技术对结构力学进行分析,结合试验验证提高了油动无人机传动系统的设计水平、缩短了设计和验证周期、减少研发成本、在无人机轻量化的方向上有显著的优势。
【图文】：

图 2.1 油动四旋翼无人机Fig. 2.1 Fuel-driven Four-rotor UAV 2.1 为无人机的结构参数。最大起飞重等于机身结构重量加最大任务载荷强度的基础上对该油动重载无人机的传动系统进行轻量化设计及优化可载荷重量，延长最大续航时间。通过仿真分析和试验验证优化传动系统是本文所要研究的内容。表 2.1 无人机参数Tab. 2.1 UAV parameters参数 数值轴距（mm） 2300机高（mm） 1600机长（mm） 4320机宽（mm） 3728最大续航时间（h） 4最大起飞重量（kg） 450最大任务载荷（kg） 120巡航速度（km/h） 60升限（m） 5000人机传动系统构成

1-中间轴 2-支臂轴 3-输出轴 4-转向箱 图 2.2 无人机传动系统结构模型1-Intermediate shaft 2-Arm shaft 3-output shaft 4-Steering box Fig. 2.2 Structure model of drive system oUAV如图 2.3 中间轴与机体之间通过 3 个轴承座固定，，三个带轮通过销钉连接固定在碳传动轴上。1 号大带轮通过皮带连接发动机输出轴上的带轮，将发动机的转速通过皮递到中间轴上；动力通过 1 号带轮传递到中间轴上后分别由 2 号、3 号小带轮再通过传递到前后支臂内轴上。轴承座
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V279

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本文编号：2596804