“燃油—发电”多旋翼无人机动力匹配及隔振设计
发布时间：2021-04-05 01:17
“燃油-发电”多旋翼无人机动力系统包括作为执行器的电机、螺旋桨以及作为动力源的发动机和发电机,各个部件的匹配对提高动力系统的性能至关重要;发电系统带来的振动对无人机的控制会造成不利影响,因此有必要对其进行隔振设计。本文针对动力匹配和振动控制两个关键技术问题展开了研究,主要研究工作包括:（1）基于应用需求提出了无人机的总体设计要求,并提出了一种串联式动力系统的总体设计方案,对作为动力执行器的螺旋桨和电机进行了特性分析和选型,优化了能量利用效率,并对发动机和发电机进行了选型。（2）针对提出的动力方案,探讨了占空比和传动比两个因素对动力系统匹配的影响;通过对发电系统特性分析与实验,以及发动机输出特性分析与实验,得出了动力系统匹配规律和设计参数。（3）设计了发电模块的振动测量实验平台,对获得的振动数据进行了振源特性分析;在单质体多自由度振动模型的基础上,设计了隔振系统布局形式,并通过实验对比了不同布局形式的隔振效果,验证了隔振方案的可行性。（4）对发电模块和无人机机架结构进行了设计,通过仿真验证了机架结构设计的合理性;对样机进行地面调试和实际飞行测试,验证了动力系统匹配和隔振设计的合理性。
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
彩虹CH-5无人机
1.1 课题背景与研究意义飞行，是人类一直以来的梦想。早在公元 5 世纪，中国人就发明了风筝；15 世纪末达芬奇在他的手绘中展示了扑翼飞机、旋翼机、滑翔机和降落伞等多种飞行装置的设图纸；1903 年，莱特兄弟驾驶他们研制的飞行者一号固定翼飞机实现了历史上首次重空气的航空器持续受控的动力飞行[1]。在随后的一百多年里，人们制造出了各式各样飞行器，第二次世界大战促使了飞机技术的进一步发展。然而，作为军用和通航使用飞机由于具有很高的集成性和系统复杂性，很少进入普通人的生活中。无人机（Unmanned Aerial Vehicle，缩写为 UAV）是一种无人驾驶的、有动力驱动可重复使用的航空器的简称。无人机可通过遥控式、半主动式或自主式等方式进行控由于无人机具有机动性强、使用成本低、结构简单、控制容易、可重复使用等优点，越来越多的应用在军事和民用等领域。军用无人机（图 1.1）可用于侦查、通信中继攻击和作为靶机等；民用无人机（图 1.2）可用于气象探测、电力巡检、灾害监测、质勘测、地图测绘、农药喷洒、交通管制和边境控制等[2]。
图 1.3 固定翼无人机 图 1.4 无人直升机 图 1.5 多旋翼无人机固定翼无人机具有位置及后掠角等参数固定不变的机翼，通过推进系统产生向前的空速，进而产生升力来平衡无人机的重力，因此固定翼无人机在滞空时必须保持一定的前飞速度，因而无法实现悬停和垂直起降，必须借助跑道滑行或弹射系统来实现起降。固定翼无人机的优点是飞行速度快、飞行距离长、能耗低，且结构相对简单[4]。无人直升机是一种由主旋翼直接提供升力的旋翼飞行器，通过控制周期变矩杆、总矩杆和油门等来控制其飞行。由于具有较大的桨盘面积和较低的旋翼转速，直升机具有较高的推进效率；由于它的升力是靠主旋翼提供，故可以垂直起降。但由于其操纵面强非线性、强耦合的特点，其姿态控制复杂，响应速度低，鲁棒性差。并且，直升机的机械结构复杂，增加了系统的不稳定性，也带来了较高的维护成本。多旋翼无人机可看作是一类有三个或者更多螺旋桨轴的直升机，同时具有垂直起降的能力。其多个螺旋桨轴一般平行且均布在机身周围，每个轴上可安装一个螺旋桨或安装上下共轴的螺旋桨，悬停时螺旋桨的合成拉力与重力平衡。根据轴的数量及螺旋桨数量的不同，可分为三轴六旋翼、四轴四旋翼、四轴八旋翼、六轴六旋翼、八轴八旋翼等。其中最常见的是四轴四旋翼无人机。多旋翼无人机通过控制其每个螺旋桨的转速来实现
【参考文献】：
期刊论文
[1]仿生扑翼式无人微型侦察机概念设计研究[J]. 陈涵林. 设备管理与维修. 2018(02)
[2]分布式电推进飞机电力系统研究综述[J]. 孔祥浩,张卓然,陆嘉伟,李进才,于立. 航空学报. 2018(01)
[3]微小型电动垂直起降无人机总体设计方法及特殊参数影响[J]. 唐伟,宋笔锋,曹煜,杨文青. 航空学报. 2017(10)
[4]浅析多旋翼无人机系统技术改进[J]. 金昱洋,王智超,曲以春. 科技创新导报. 2016(07)
[5]新能源电动飞机发展与挑战[J]. 黄俊,杨凤田. 航空学报. 2016(01)
[6]小型电动垂直起降飞行器推进系统性能分析[J]. 王波,侯中喜,汪文凯. 国防科技大学学报. 2015(03)
博士论文
[1]汽车动力总成悬置系统关键技术研究[D]. 张武.合肥工业大学 2013
硕士论文
[1]油电混合动力多旋翼飞行器设计与研究[D]. 宗剑.南昌航空大学 2017
[2]一种无人机螺旋桨的设计与实验研究[D]. 王培基.哈尔滨工业大学 2017
[3]大负载四轴飞行器设计及控制技术研究[D]. 涂世军.长安大学 2017
[4]长航时重负载多旋翼无人机动力系统及其隔振设计[D]. 毛镠.华中科技大学 2016
[5]通用飞机油电混合动力系统优化与仿真[D]. 李正浩.沈阳航空航天大学 2016
[6]小型油动力涵道飞行器结构设计及动力学建模和优化[D]. 冯玮玮.北京理工大学 2015
[7]小型无人机发动机悬置系统的优化设计[D]. 王春红.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2013
[8]微型飞行器动力装置特性研究[D]. 刘颖.南京航空航天大学 2007
本文编号：3118854
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
彩虹CH-5无人机
1.1 课题背景与研究意义飞行，是人类一直以来的梦想。早在公元 5 世纪，中国人就发明了风筝；15 世纪末达芬奇在他的手绘中展示了扑翼飞机、旋翼机、滑翔机和降落伞等多种飞行装置的设图纸；1903 年，莱特兄弟驾驶他们研制的飞行者一号固定翼飞机实现了历史上首次重空气的航空器持续受控的动力飞行[1]。在随后的一百多年里，人们制造出了各式各样飞行器，第二次世界大战促使了飞机技术的进一步发展。然而，作为军用和通航使用飞机由于具有很高的集成性和系统复杂性，很少进入普通人的生活中。无人机（Unmanned Aerial Vehicle，缩写为 UAV）是一种无人驾驶的、有动力驱动可重复使用的航空器的简称。无人机可通过遥控式、半主动式或自主式等方式进行控由于无人机具有机动性强、使用成本低、结构简单、控制容易、可重复使用等优点，越来越多的应用在军事和民用等领域。军用无人机（图 1.1）可用于侦查、通信中继攻击和作为靶机等；民用无人机（图 1.2）可用于气象探测、电力巡检、灾害监测、质勘测、地图测绘、农药喷洒、交通管制和边境控制等[2]。
图 1.3 固定翼无人机 图 1.4 无人直升机 图 1.5 多旋翼无人机固定翼无人机具有位置及后掠角等参数固定不变的机翼，通过推进系统产生向前的空速，进而产生升力来平衡无人机的重力，因此固定翼无人机在滞空时必须保持一定的前飞速度，因而无法实现悬停和垂直起降，必须借助跑道滑行或弹射系统来实现起降。固定翼无人机的优点是飞行速度快、飞行距离长、能耗低，且结构相对简单[4]。无人直升机是一种由主旋翼直接提供升力的旋翼飞行器，通过控制周期变矩杆、总矩杆和油门等来控制其飞行。由于具有较大的桨盘面积和较低的旋翼转速，直升机具有较高的推进效率；由于它的升力是靠主旋翼提供，故可以垂直起降。但由于其操纵面强非线性、强耦合的特点，其姿态控制复杂，响应速度低，鲁棒性差。并且，直升机的机械结构复杂，增加了系统的不稳定性，也带来了较高的维护成本。多旋翼无人机可看作是一类有三个或者更多螺旋桨轴的直升机，同时具有垂直起降的能力。其多个螺旋桨轴一般平行且均布在机身周围，每个轴上可安装一个螺旋桨或安装上下共轴的螺旋桨，悬停时螺旋桨的合成拉力与重力平衡。根据轴的数量及螺旋桨数量的不同，可分为三轴六旋翼、四轴四旋翼、四轴八旋翼、六轴六旋翼、八轴八旋翼等。其中最常见的是四轴四旋翼无人机。多旋翼无人机通过控制其每个螺旋桨的转速来实现
【参考文献】：
期刊论文
[1]仿生扑翼式无人微型侦察机概念设计研究[J]. 陈涵林. 设备管理与维修. 2018(02)
[2]分布式电推进飞机电力系统研究综述[J]. 孔祥浩,张卓然,陆嘉伟,李进才,于立. 航空学报. 2018(01)
[3]微小型电动垂直起降无人机总体设计方法及特殊参数影响[J]. 唐伟,宋笔锋,曹煜,杨文青. 航空学报. 2017(10)
[4]浅析多旋翼无人机系统技术改进[J]. 金昱洋,王智超,曲以春. 科技创新导报. 2016(07)
[5]新能源电动飞机发展与挑战[J]. 黄俊,杨凤田. 航空学报. 2016(01)
[6]小型电动垂直起降飞行器推进系统性能分析[J]. 王波,侯中喜,汪文凯. 国防科技大学学报. 2015(03)
博士论文
[1]汽车动力总成悬置系统关键技术研究[D]. 张武.合肥工业大学 2013
硕士论文
[1]油电混合动力多旋翼飞行器设计与研究[D]. 宗剑.南昌航空大学 2017
[2]一种无人机螺旋桨的设计与实验研究[D]. 王培基.哈尔滨工业大学 2017
[3]大负载四轴飞行器设计及控制技术研究[D]. 涂世军.长安大学 2017
[4]长航时重负载多旋翼无人机动力系统及其隔振设计[D]. 毛镠.华中科技大学 2016
[5]通用飞机油电混合动力系统优化与仿真[D]. 李正浩.沈阳航空航天大学 2016
[6]小型油动力涵道飞行器结构设计及动力学建模和优化[D]. 冯玮玮.北京理工大学 2015
[7]小型无人机发动机悬置系统的优化设计[D]. 王春红.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2013
[8]微型飞行器动力装置特性研究[D]. 刘颖.南京航空航天大学 2007
本文编号：3118854
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