“燃油-發(fā)電”多旋翼無人機動力系統(tǒng)包括作為執(zhí)行器的電機、螺旋槳以及作為動力源的發(fā)動機和發(fā)電機,各個部件的匹配對提高動力系統(tǒng)的性能至關重要;發(fā)電系統(tǒng)帶來的振動對無人機的控制會造成不利影響,因此有必要對其進行隔振設計。本文針對動力匹配和振動控制兩個關鍵技術問題展開了研究,主要研究工作包括:（1）基于應用需求提出了無人機的總體設計要求,并提出了一種串聯(lián)式動力系統(tǒng)的總體設計方案,對作為動力執(zhí)行器的螺旋槳和電機進行了特性分析和選型,優(yōu)化了能量利用效率,并對發(fā)動機和發(fā)電機進行了選型。（2）針對提出的動力方案,探討了占空比和傳動比兩個因素對動力系統(tǒng)匹配的影響;通過對發(fā)電系統(tǒng)特性分析與實驗,以及發(fā)動機輸出特性分析與實驗,得出了動力系統(tǒng)匹配規(guī)律和設計參數(shù)。（3）設計了發(fā)電模塊的振動測量實驗平臺,對獲得的振動數(shù)據(jù)進行了振源特性分析;在單質體多自由度振動模型的基礎上,設計了隔振系統(tǒng)布局形式,并通過實驗對比了不同布局形式的隔振效果,驗證了隔振方案的可行性。（4）對發(fā)電模塊和無人機機架結構進行了設計,通過仿真驗證了機架結構設計的合理性;對樣機進行地面調試和實際飛行測試,驗證了動力系統(tǒng)匹配和隔振設計的合理性。 

【文章來源】：華中科技大學湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

彩虹CH-5無人機

1.1 課題背景與研究意義飛行，是人類一直以來的夢想。早在公元 5 世紀，中國人就發(fā)明了風箏；15 世紀末達芬奇在他的手繪中展示了撲翼飛機、旋翼機、滑翔機和降落傘等多種飛行裝置的設圖紙；1903 年，萊特兄弟駕駛他們研制的飛行者一號固定翼飛機實現(xiàn)了歷史上首次重空氣的航空器持續(xù)受控的動力飛行[1]。在隨后的一百多年里，人們制造出了各式各樣飛行器，第二次世界大戰(zhàn)促使了飛機技術的進一步發(fā)展。然而，作為軍用和通航使用飛機由于具有很高的集成性和系統(tǒng)復雜性，很少進入普通人的生活中。無人機（Unmanned Aerial Vehicle，縮寫為 UAV）是一種無人駕駛的、有動力驅動可重復使用的航空器的簡稱。無人機可通過遙控式、半主動式或自主式等方式進行控由于無人機具有機動性強、使用成本低、結構簡單、控制容易、可重復使用等優(yōu)點，越來越多的應用在軍事和民用等領域。軍用無人機（圖 1.1）可用于偵查、通信中繼攻擊和作為靶機等；民用無人機（圖 1.2）可用于氣象探測、電力巡檢、災害監(jiān)測、質勘測、地圖測繪、農藥噴灑、交通管制和邊境控制等[2]。

圖 1.3 固定翼無人機 圖 1.4 無人直升機 圖 1.5 多旋翼無人機固定翼無人機具有位置及后掠角等參數(shù)固定不變的機翼，通過推進系統(tǒng)產生向前的空速，進而產生升力來平衡無人機的重力，因此固定翼無人機在滯空時必須保持一定的前飛速度，因而無法實現(xiàn)懸停和垂直起降，必須借助跑道滑行或彈射系統(tǒng)來實現(xiàn)起降。固定翼無人機的優(yōu)點是飛行速度快、飛行距離長、能耗低，且結構相對簡單[4]。無人直升機是一種由主旋翼直接提供升力的旋翼飛行器，通過控制周期變矩桿、總矩桿和油門等來控制其飛行。由于具有較大的槳盤面積和較低的旋翼轉速，直升機具有較高的推進效率；由于它的升力是靠主旋翼提供，故可以垂直起降。但由于其操縱面強非線性、強耦合的特點，其姿態(tài)控制復雜，響應速度低，魯棒性差。并且，直升機的機械結構復雜，增加了系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，也帶來了較高的維護成本。多旋翼無人機可看作是一類有三個或者更多螺旋槳軸的直升機，同時具有垂直起降的能力。其多個螺旋槳軸一般平行且均布在機身周圍，每個軸上可安裝一個螺旋槳或安裝上下共軸的螺旋槳，懸停時螺旋槳的合成拉力與重力平衡。根據(jù)軸的數(shù)量及螺旋槳數(shù)量的不同，可分為三軸六旋翼、四軸四旋翼、四軸八旋翼、六軸六旋翼、八軸八旋翼等。其中最常見的是四軸四旋翼無人機。多旋翼無人機通過控制其每個螺旋槳的轉速來實現(xiàn)

【參考文獻】：
期刊論文
[1]仿生撲翼式無人微型偵察機概念設計研究[J]. 陳涵林.  設備管理與維修. 2018(02)
[2]分布式電推進飛機電力系統(tǒng)研究綜述[J]. 孔祥浩,張卓然,陸嘉偉,李進才,于立.  航空學報. 2018(01)
[3]微小型電動垂直起降無人機總體設計方法及特殊參數(shù)影響[J]. 唐偉,宋筆鋒,曹煜,楊文青.  航空學報. 2017(10)
[4]淺析多旋翼無人機系統(tǒng)技術改進[J]. 金昱洋,王智超,曲以春.  科技創(chuàng)新導報. 2016(07)
[5]新能源電動飛機發(fā)展與挑戰(zhàn)[J]. 黃俊,楊鳳田.  航空學報. 2016(01)
[6]小型電動垂直起降飛行器推進系統(tǒng)性能分析[J]. 王波,侯中喜,汪文凱.  國防科技大學學報. 2015(03)

博士論文
[1]汽車動力總成懸置系統(tǒng)關鍵技術研究[D]. 張武.合肥工業(yè)大學 2013

碩士論文
[1]油電混合動力多旋翼飛行器設計與研究[D]. 宗劍.南昌航空大學 2017
[2]一種無人機螺旋槳的設計與實驗研究[D]. 王培基.哈爾濱工業(yè)大學 2017
[3]大負載四軸飛行器設計及控制技術研究[D]. 涂世軍.長安大學 2017
[4]長航時重負載多旋翼無人機動力系統(tǒng)及其隔振設計[D]. 毛镠.華中科技大學 2016
[5]通用飛機油電混合動力系統(tǒng)優(yōu)化與仿真[D]. 李正浩.沈陽航空航天大學 2016
[6]小型油動力涵道飛行器結構設計及動力學建模和優(yōu)化[D]. 馮瑋瑋.北京理工大學 2015
[7]小型無人機發(fā)動機懸置系統(tǒng)的優(yōu)化設計[D]. 王春紅.中國科學院研究生院(長春光學精密機械與物理研究所) 2013
[8]微型飛行器動力裝置特性研究[D]. 劉穎.南京航空航天大學 2007



本文編號：3118854