《垂直起降矢量串列翼无人机的设计和制作》
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摘 要：民用无人机发展多年,充分应用于物流,植保等领域.根据应用特色和优缺点,主要分为固定翼和多旋翼式.本文旨在设计一种混合翼无人机.解决城市起降空间狭窄,空中稳定性要求高;旋翼机飞行效率低,巡航速度慢等问题,通过双桨差速及舵面提高机动能力,调整飞控PID增强自稳能力;各个系统模块独立,便于安装维修.设计制作均采用计算机辅助进行,便于验证和修改.
关键词：垂直起降;串列翼;模块化安装
0引言
无人机,英文全称为Unmanned Aerial Vehicle,即无人驾驶空中飞行器,通过无线电遥控设备或自带的飞行控制装置操控的无人飞机.一般由三部分组成,包括无人机主体、控制装置及负载.若从机体结构方向分类,可以把无人机分为固定翼无人机和旋翼无人机.固定翼无人机需要机翼提供充足的升力,因此一般机体宽度长度较大,机械结构相对复杂,同样也提高了对无人机操作者的要求.在旋翼无人机中 ,可以大致分为单旋翼无 人机和多旋翼无人机.单旋翼无人机就是我们平时所说的直升机 ,而多旋翼无人机则包括四旋翼、六旋翼、八旋翼甚至更多旋翼的飞机.其中,四旋翼无人机因其结构简单,飞行稳定二被广泛应用于民用的各个领域.对比来看,相比于固定翼无人机,多旋翼无人机具有起飞所需场地小,可低空飞行,工作稳定,特别是可悬停的优点.但仍存在不足,如能量效率低导致活动半径小.
随着工业产业升级,各行各业尤其是需要短途快速运输或空中作业的岗位,
如城市中交通不便导致原先点对点的快递外卖效率低下,电力巡检时,既需要快速巡航,查找问题,又需要对故障处拍摄等操作.因此迫切需要一种能具有固定翼飞行速度快工作半径大的特点,兼顾多旋翼机起降简单可悬停优点的复合型无人机
1 特点分析
该垂直起降无人机具备以下优点：
（1）将旋翼机与固定翼的特点相结合,起飞和降落时的起降方式与旋翼机相同,垂直进行,占地空间小,无需跑道,在飞行途中采用固定翼水平飞行,巡航速度与固定翼接近,同时能量效率相比旋翼机大大提升.
（2）转弯采用电机矢量控制,通过改变两个电机的轴线指向操纵方向
（3）旋翼机模式与固定翼模式的切换,通过悬停时两电机差速产生转矩,完成切换.
（4）安装飞行控制模块,可通过主动调节来减少飞行过程中的晃动,保证飞行平稳.
（5）杆件之间采用扎带交叉捆扎,成本低,整体调节方便,易于灵活修改.
2 飞机整体结构设计
2.1 主机身
如图所示,该无人机采用凹凸翼2032cjc,,翼型相对厚度较小.纵向骨架为3mm和5mm碳纤维杆交替使用,提高抗弯扭强度.采用5mm厚度的巴尔沙木制作翼肋,减轻重量,同时给蒙皮提供较大的蒙皮附着面积.
2.2 动力装置
电机臂为方型碳管,中部侧向钻孔保证机翼碳管穿过固定,两端竖向切出方孔,固定倾转舵机.舵机上装有U形电机座摇臂,摇臂上设置四个电机安装孔,以固定无刷电机.舵机行程为-45°～+45°
3 三维模型的制作
3.1部分零部件
3.2各个机体部件
（1）机翼
机翼凹凸翼2032cjc,平飞性能好1）机翼采用较大翼展,产生升力大,提高运载量;2）光滑蒙皮,减小摩擦阻力,提高飞行速度和航程.
（2）电机座
因该型无人机采用半矢量控制,故电机固定于舵机摇臂上.机动灵活,反应迅速.
（3）起落支撑结构
起落架由数根斜置弹性纤维棒,可充分吸收降落时对机身造成的冲击.同时,整体呈梯形的起落架,一定程度上防止飞机在起飞前因迎面方向的风翻倒.
4 飞行控制原理：
4.1 动力系统的矢量偏航控制：该无人机采用双螺旋桨反推提供升力平飞时,通过控制倾转舵机使电机绕机体坐标系的Z轴旋转产生偏航的力矩,减少了舵面的使用,降低机翼结构复杂度.
4.2旋翼机模式与固定翼模式切换：在垂直起飞至一定高度后,通过遥控器差速控制,使机翼上方螺旋桨转速大于下方螺旋桨转速.从而产生绕Y轴旋转的俯仰力矩,降低迎角.
5 结语
本项目根据生产环境需要及市场需求,制作出结合旋翼机和固定翼两方特点的垂起固定翼无人机,同时采取串列翼布局,提高气动效率,利用CAD技术实现无纸化设计制作,且便于装配过程发现问题时及时修改.
参考文献
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无人机引用文献:
[1] 无人机论文范文 无人机相关硕士论文开题报告范文2万字
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