共軸雙旋翼無人直升機結(jié)構(gòu)緊湊、有效載荷大、懸停效率高,是一種具有廣泛應(yīng)用前景的飛行器,但由于其研究難度大,目前國內(nèi)缺少成熟的產(chǎn)品。傳統(tǒng)共軸式直升機采用齒輪組和內(nèi)外軸的方式帶動兩層旋翼旋轉(zhuǎn),其機械結(jié)構(gòu)和操縱機構(gòu)復(fù)雜,約束了共軸直升機小型化和輕量化的發(fā)展。本文設(shè)計了一種新構(gòu)型的小型共軸雙旋翼折疊無人直升機,創(chuàng)新的采用了電動直驅(qū)驅(qū)動兩層旋翼,大大簡化了機械結(jié)構(gòu),并實現(xiàn)了槳葉折疊,成功搭建了樣機,以此無人直升機為平臺可搭載光電吊艙等功能載荷來滿足軍事作戰(zhàn)需求。首先根據(jù)小型無人直升機設(shè)計要求和飛行環(huán)境,確定了上部分為旋翼系統(tǒng)和操縱機構(gòu)、下部分為控制系統(tǒng)和承載部分的總體布局,提出了電機直驅(qū)驅(qū)動的傳動方式和槳夾大角度旋轉(zhuǎn)使槳葉自由下垂的折疊方案,對無人機主要技術(shù)參數(shù)進行了設(shè)計和說明,展示了本文設(shè)計搭建的樣機;在總體設(shè)計方案的基礎(chǔ)上對旋翼系統(tǒng)進行設(shè)計與分析,建立單層旋翼和共軸雙旋翼入流模型,對上下旋翼氣動干擾進行理論分析,通過分析計算可得旋翼系統(tǒng)載荷。對旋翼系統(tǒng)進行結(jié)構(gòu)設(shè)計,進行強度和模態(tài)有限元仿真分析,同時基于CFD對雙旋翼進行了氣動仿真,探討了槳葉幾何升角、旋翼轉(zhuǎn)速與旋翼拉力的關(guān)系;對樣機操縱機構(gòu)... 

【文章頁數(shù)】：102 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
致謝
摘要
ABSTRACT
第1章 引言
    1.1 研究背景與意義
    1.2 共軸式直升機國內(nèi)外研究概況
        1.2.1 國外研究概況
        1.2.2 國內(nèi)研究概況
    1.3 共軸式直升機研究現(xiàn)狀
        1.3.1 氣動特性研究現(xiàn)狀
        1.3.2 操縱機構(gòu)研究現(xiàn)狀
        1.3.3 飛行控制研究現(xiàn)狀
    1.4 本文主要研究內(nèi)容
第2章 小型共軸式無人直升機總體技術(shù)方案
    2.1 設(shè)計指標
    2.2 飛行環(huán)境分析
    2.3 共軸式無人直升機總體方案
    2.4 主要技術(shù)參數(shù)
        2.4.1 起飛總重估算
        2.4.2 電機的選型
        2.4.3 槳盤載荷
        2.4.4 功率載荷
        2.4.5 槳葉翼型
        2.4.6 旋翼實度
    2.5 本章小結(jié)
第3章 旋翼系統(tǒng)設(shè)計與分析
    3.1 共軸雙旋翼入流模型
        3.1.1 單層旋翼非均勻入流模型
        3.1.2 共軸雙旋翼氣動干擾模型
    3.2 旋翼系統(tǒng)載荷分析
    3.3 旋翼結(jié)構(gòu)設(shè)計與強度分析
        3.3.1 旋翼槳轂結(jié)構(gòu)設(shè)計
        3.3.2 旋翼槳夾結(jié)構(gòu)設(shè)計
        3.3.3 旋翼結(jié)構(gòu)強度分析
    3.4 主要部件模態(tài)分析
    3.5 基于CFD的氣動特性分析
        3.5.1 樣機CFD分析步驟
        3.5.2 升角與轉(zhuǎn)速對氣動性能影響
    3.6 本章小結(jié)
第4章 操縱機構(gòu)設(shè)計與分析
    4.1 操縱機構(gòu)及工作原理
    4.2 舵機布局設(shè)計與飛行原理
    4.3 操縱機構(gòu)等效機構(gòu)及自由度分析
    4.4 操縱機構(gòu)運動學(xué)建模
        4.4.1 操縱模塊運動學(xué)建模
        4.4.2 變距模塊運動學(xué)建模
    4.5 數(shù)值仿真與分析
        4.5.1 變總距仿真與分析
        4.5.2 周期變距仿真與分析
    4.6 本章小結(jié)
第5章 飛行控制設(shè)計與分析
    5.1 硬件設(shè)計
        5.1.1 核心處理器
        5.1.2 GY-86傳感器
        5.1.3 超聲波模塊
        5.1.4 電子調(diào)速器
        5.1.5 數(shù)字舵機
    5.2 軟件設(shè)計
        5.2.1 初始化模塊
        5.2.2 遙控器輸入捕獲模塊
        5.2.3 傳感器模塊
        5.2.4 電機、舵機驅(qū)動模塊
        5.2.5 姿態(tài)解算模塊
        5.2.6 主邏輯模塊
    5.3 無人機搭建與調(diào)試
        5.3.1 整機接線
        5.3.2 搭建樣機
        5.3.3 樣機調(diào)試
    5.4 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 后續(xù)工作與展望
參考文獻
作者簡歷及攻讀碩士/博士學(xué)位期間取得的研究成果
學(xué)位論文數(shù)據(jù)集


【參考文獻】：
期刊論文
[1]共軸式無人直升機建模與魯棒跟蹤控制[J]. 袁夏明,朱紀洪,毛漫.  控制理論與應(yīng)用. 2014(10)
[2]基于STM32的無刷直流電機控制系統(tǒng)[J]. 張晞,曾迪暉,王永立.  儀表技術(shù)與傳感器. 2013(09)
[3]加拿大哨兵無人機系統(tǒng)[J]. 包強,牟超峰,杜吉喜,張伍.  飛航導(dǎo)彈. 2013(02)
[4]一種共軸式直升機操縱機構(gòu)的運動學(xué)建模與分析[J]. 袁夏明,朱紀洪,陳志剛,魯興舉.  航空學(xué)報. 2013(05)
[5]直升機技術(shù)現(xiàn)狀、趨勢和發(fā)展思路[J]. 吳希明.  航空科學(xué)技術(shù). 2012(04)
[6]高速直升機前行槳葉概念旋翼技術(shù)[J]. 鄧景輝.  航空科學(xué)技術(shù). 2012(03)
[7]懸停狀態(tài)下小型共軸直升機操縱響應(yīng)特性分析[J]. 徐冠峰,陳銘.  北京航空航天大學(xué)學(xué)報. 2011(08)
[8]共軸式直升機的氣動特性、操穩(wěn)特性與機動性分析[J]. 費景榮.  航空科學(xué)技術(shù). 2011(03)
[9]微型旋翼懸停狀態(tài)氣動性能分析方法[J]. 唐正飛,王暢,高卓飛.  南京航空航天大學(xué)學(xué)報. 2011(03)
[10]懸停共軸雙旋翼干擾流動數(shù)值模擬[J]. 許和勇,葉正寅.  航空動力學(xué)報. 2011(02)

博士論文
[1]共軸雙旋翼無人直升機建模與控制算法研究[D]. 董志巖.吉林大學(xué) 2016

碩士論文
[1]全電雙共軸傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器設(shè)計[D]. 張兵.南京航空航天大學(xué) 2017
[2]無人共軸剛性直升機氣動特性分析及視景仿真研究[D]. 吳文健.吉林大學(xué) 2015
[3]小型無人直升機建模及控制系統(tǒng)設(shè)計[D]. 陳惠智.南京理工大學(xué) 2012
[4]兩種自動傾斜器下操縱機構(gòu)動力學(xué)性能分析[D]. 楊華興.燕山大學(xué) 2011
[5]小型無人機控制律設(shè)計及仿真研究[D]. 劉銀春.中南大學(xué) 2008
[6]可懸停雙旋翼微型飛行器設(shè)計與制造[D]. 段文博.南京航空航天大學(xué) 2008
[7]基于多傳感器融合的超小型無人直升機導(dǎo)航系統(tǒng)研究[D]. 陳安寧.浙江大學(xué) 2006



本文編號：3709801