小型共轴双旋翼折叠无人直升机平台设计

发布时间：2022-12-05 05:43

　　共轴双旋翼无人直升机结构紧凑、有效载荷大、悬停效率高,是一种具有广泛应用前景的飞行器,但由于其研究难度大,目前国内缺少成熟的产品。传统共轴式直升机采用齿轮组和内外轴的方式带动两层旋翼旋转,其机械结构和操纵机构复杂,约束了共轴直升机小型化和轻量化的发展。本文设计了一种新构型的小型共轴双旋翼折叠无人直升机,创新的采用了电动直驱驱动两层旋翼,大大简化了机械结构,并实现了桨叶折叠,成功搭建了样机,以此无人直升机为平台可搭载光电吊舱等功能载荷来满足军事作战需求。首先根据小型无人直升机设计要求和飞行环境,确定了上部分为旋翼系统和操纵机构、下部分为控制系统和承载部分的总体布局,提出了电机直驱驱动的传动方式和桨夹大角度旋转使桨叶自由下垂的折叠方案,对无人机主要技术参数进行了设计和说明,展示了本文设计搭建的样机;在总体设计方案的基础上对旋翼系统进行设计与分析,建立单层旋翼和共轴双旋翼入流模型,对上下旋翼气动干扰进行理论分析,通过分析计算可得旋翼系统载荷。对旋翼系统进行结构设计,进行强度和模态有限元仿真分析,同时基于CFD对双旋翼进行了气动仿真,探讨了桨叶几何升角、旋翼转速与旋翼拉力的关系;对样机操纵机构... 

【文章页数】：102 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第1章 引言
    1.1 研究背景与意义
    1.2 共轴式直升机国内外研究概况
        1.2.1 国外研究概况
        1.2.2 国内研究概况
    1.3 共轴式直升机研究现状
        1.3.1 气动特性研究现状
        1.3.2 操纵机构研究现状
        1.3.3 飞行控制研究现状
    1.4 本文主要研究内容
第2章 小型共轴式无人直升机总体技术方案
    2.1 设计指标
    2.2 飞行环境分析
    2.3 共轴式无人直升机总体方案
    2.4 主要技术参数
        2.4.1 起飞总重估算
        2.4.2 电机的选型
        2.4.3 桨盘载荷
        2.4.4 功率载荷
        2.4.5 桨叶翼型
        2.4.6 旋翼实度
    2.5 本章小结
第3章 旋翼系统设计与分析
    3.1 共轴双旋翼入流模型
        3.1.1 单层旋翼非均匀入流模型
        3.1.2 共轴双旋翼气动干扰模型
    3.2 旋翼系统载荷分析
    3.3 旋翼结构设计与强度分析
        3.3.1 旋翼桨毂结构设计
        3.3.2 旋翼桨夹结构设计
        3.3.3 旋翼结构强度分析
    3.4 主要部件模态分析
    3.5 基于CFD的气动特性分析
        3.5.1 样机CFD分析步骤
        3.5.2 升角与转速对气动性能影响
    3.6 本章小结
第4章 操纵机构设计与分析
    4.1 操纵机构及工作原理
    4.2 舵机布局设计与飞行原理
    4.3 操纵机构等效机构及自由度分析
    4.4 操纵机构运动学建模
        4.4.1 操纵模块运动学建模
        4.4.2 变距模块运动学建模
    4.5 数值仿真与分析
        4.5.1 变总距仿真与分析
        4.5.2 周期变距仿真与分析
    4.6 本章小结
第5章 飞行控制设计与分析
    5.1 硬件设计
        5.1.1 核心处理器
        5.1.2 GY-86传感器
        5.1.3 超声波模块
        5.1.4 电子调速器
        5.1.5 数字舵机
    5.2 软件设计
        5.2.1 初始化模块
        5.2.2 遥控器输入捕获模块
        5.2.3 传感器模块
        5.2.4 电机、舵机驱动模块
        5.2.5 姿态解算模块
        5.2.6 主逻辑模块
    5.3 无人机搭建与调试
        5.3.1 整机接线
        5.3.2 搭建样机
        5.3.3 样机调试
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 后续工作与展望
参考文献
作者简历及攻读硕士/博士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集


【参考文献】：
期刊论文
[1]共轴式无人直升机建模与鲁棒跟踪控制[J]. 袁夏明,朱纪洪,毛漫.  控制理论与应用. 2014(10)
[2]基于STM32的无刷直流电机控制系统[J]. 张晞,曾迪晖,王永立.  仪表技术与传感器. 2013(09)
[3]加拿大哨兵无人机系统[J]. 包强,牟超峰,杜吉喜,张伍.  飞航导弹. 2013(02)
[4]一种共轴式直升机操纵机构的运动学建模与分析[J]. 袁夏明,朱纪洪,陈志刚,鲁兴举.  航空学报. 2013(05)
[5]直升机技术现状、趋势和发展思路[J]. 吴希明.  航空科学技术. 2012(04)
[6]高速直升机前行桨叶概念旋翼技术[J]. 邓景辉.  航空科学技术. 2012(03)
[7]悬停状态下小型共轴直升机操纵响应特性分析[J]. 徐冠峰,陈铭.  北京航空航天大学学报. 2011(08)
[8]共轴式直升机的气动特性、操稳特性与机动性分析[J]. 费景荣.  航空科学技术. 2011(03)
[9]微型旋翼悬停状态气动性能分析方法[J]. 唐正飞,王畅,高卓飞.  南京航空航天大学学报. 2011(03)
[10]悬停共轴双旋翼干扰流动数值模拟[J]. 许和勇,叶正寅.  航空动力学报. 2011(02)

博士论文
[1]共轴双旋翼无人直升机建模与控制算法研究[D]. 董志岩.吉林大学 2016

硕士论文
[1]全电双共轴倾转旋翼飞行器设计[D]. 张兵.南京航空航天大学 2017
[2]无人共轴刚性直升机气动特性分析及视景仿真研究[D]. 吴文健.吉林大学 2015
[3]小型无人直升机建模及控制系统设计[D]. 陈惠智.南京理工大学 2012
[4]两种自动倾斜器下操纵机构动力学性能分析[D]. 杨华兴.燕山大学 2011
[5]小型无人机控制律设计及仿真研究[D]. 刘银春.中南大学 2008
[6]可悬停双旋翼微型飞行器设计与制造[D]. 段文博.南京航空航天大学 2008
[7]基于多传感器融合的超小型无人直升机导航系统研究[D]. 陈安宁.浙江大学 2006



本文编号：3709801