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一种大载荷量实验室用轻型无人机的总体设计与制造

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摘要

第一章 绪论

1.1 研究的背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 无人飞行器优点

1.2.2 轻型无人机的定义与优点

1.2.3 我国无人机技术

1.2.4 无人飞行器系统国内外差距

1.2.5 无人机的发展趋势

1.3 各类轻型无人机比较

1.4 本文的研究内容

第二章 总体设计

2.1 性能要求

2.2 提出方案

2.3 基本飞行任务剖面

2.4 总体布局

2.5 起降方式

2.6 近似估算飞机的起飞重量

2.6.1 升阻特性估算

2.6.2 燃油重量估计

2.7 用Profli选定所需要的翼型

2.8 确定机翼推重比和翼载

2.8.1 推重比(功重比)的估算

2.8.2 翼载荷的估算

2.9 估算最小起飞距离

2.10 估算降落距离

2.11 本章小结

第三章 基本参数的确定

3.1 机翼的外形设计

3.2 襟翼和副翼参数的选择

3.2.1 襟翼

3.2.2 副翼

3.3 机身参数

3.3.1 机身长度

3.3.2 机身长细比

3.4 尾翼的布局及参数的选择

3.4.1 垂尾参数

3.4.2 方向舵参数的确定

3.4.3 平尾参数

3.4.4 升降舵参数的确定

3.4.5 尾容量设定及尾力臂确定

3.5 确定起落架形式及相关参数

3.6 轮胎参数的初步选择

3.6.1 前轮参数

3.6.2 主轮参数

3.7 发动机和螺旋桨的选择

3.8 重心位置的预定

3.9 中性点及静稳定裕度估算

3.10 本章小结

第四章 CFD气动特性分析

4.1 三维建模

4.2 气动特性分析的基本方法与选择

4.2.1 动特性分析的基本方法

4.2.2 选择气动特性分析方法

4.3 计算流体力学的基本理论

4.3.1 纳维-斯托克斯(N-S)公式

4.3.2 气体动力学方程

4.3.3 湍流模型

4.4 网格划分

4.5 边界条件

4.6 网格无关性验证

4.7 气动特性分析

4.7.1 压力云图

4.7.2 升阻特性分析

4.7.3 俯仰特性分析

4.8 数据对比

4.9 本章小结

第五章 制造、调试、总装

5.1 生产制造工艺确定

5.1.1 轻型无人机的基本生产工艺

5.1.2 选择生产制造工艺

5.2 材料选择与确定

5.3 计算机辅助设计

5.3.1 机身的工艺结构设计

5.3.2 机翼及尾翼的工艺结构设计

5.4 机身的生产制造

5.4.1 机身骨架搭建

5.4.2 机身蒙皮

5.5 机翼及尾翼的生产制造

5.5.1 机翼静力测试

5.5.2 机翼及平垂尾蒙皮

5.6 发动机磨合与调试

5.7 飞机的总装

5.8 本章小结

第六章 飞控系统的选择与调试

6.1 选择合适的飞控系统

6.2 飞控系统调试与设置

6.3 本章小结

第七章 总结与展望

参考文献

致谢

科研成果

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摘要

近年来,无人机在军事领域的地位越来越重要;在民用领域,无人机的重要性也日益凸显。轻型无人机具有结构简单、体积较小、飞行高度低、飞行速度慢等特点,俗称“低小慢”航空器,可以利用较小的空间进行收放,起飞准备时间短,方便使用者利用有限的时间和空间进行工作。近几年来,随着飞控技术被不断重视,各方面科研力量都着手研制自己的飞控系统,同时各个拥有航空背景的高等学府也纷纷投入其中。作为高校,研制飞控系统需要有适合做飞行实验的飞行平台,此时,轻型无人机就可以发挥重要作用。因此,能够自主设计制造一款适合高校无人机飞控实验的轻型无人机就可以很好地满足各类需求,还能掌握一整套轻型无人机设计制造流程,为刚接触无人机行业的低年级学生提供参考借鉴。
  本文针对本校无人机实验室的需求以及已拥有的轻型无人机的不足之处,结合本地适合飞行的外场条件,设计制造了一款新型的轻型无人机。本文对该轻型无人机进行了方案确定,总体方案设计,基本参数确定,三维模型建立,CFD数值模拟,生产制造工艺确定,零件加工图设计,最终完成了该轻型无人机的制造,同时调试了试飞匹配的无人机飞控。通过以上过程,为后续的试飞定型打下了坚实的基础。该款轻型无人机较之以往实验室用的“大白”轻型无人机,拥有更好的升阻特性、稳定的飞行性能,能适应本实验室的飞控实验要求,更能适合厦门当地外场的飞行条件,且制造工艺比“大白”无人机更适合于大学实验室。同时,该轻型无人机的设计制造流程填补了厦门大学在此类无人机设计制造上的空白,可作为此类飞行器设计制造的一个参考。

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