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无遮挡航拍四旋翼飞行器结构设计与仿真研究

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摘要

1.1.1 课题研究的背景

1.1.2 课题研究的意义

1.2 四旋翼飞行器国内外发展现状

1.3 本文研究的主要内容及各章安排

第二章 无遮挡四旋翼飞行器的设计要求及飞行原理

2.1 无遮挡四旋翼飞行器设计要求

2.2 无遮挡四旋翼飞行器设计难点

2.3 四旋翼飞行器的运动原理

2.4 本章小结

第三章 无遮挡航拍四旋翼飞行器结构设计

3.1 四旋翼飞行器初始参数

3.2 确定推重比

3.3 无遥挡航拍四旋翼飞行器结构设计

3.3.1 传统四旋翼飞行器布局比较

3.3.2 无遮挡航拍四旋翼布局方案选择及三维模型建立

3.3.3 机架材料的选择

3.3.4 无遮挡航拍四旋翼飞行器结构改良设计

3.3.5 横向折叠便携设计

3.3.6 定位装置及重心调节设计

3.4 本章小结

第四章 无遮挡航拍四旋翼飞行器仿真研究

4.1 有限元理论基础

4.1.1 有限元技术理论

4.1.2 弹性力学理论

4.1.3 模态分析理论

4.2 无遮挡航拍四旋翼飞行器有限元模型建立

4.2.1 ANSYS workbench有限元软件简介

4.2.2 四旋翼飞行器机架模型处理

4.2.3 四旋翼飞行器单元类型的选择

4.2.4 网格划分

4.3 无遮挡航拍四旋翼飞行器的模态分析

4.3.1 概述

4.3.2 无遮挡航拍四旋翼飞行器的模态分析

4.4 无遮挡航拍型四旋翼飞行器机架的力学分析

4.4.1 四旋翼飞行器的载荷特点

4.4.2 旋翼升力与重力作用下的仿真模拟

4.4.3 旋翼升力、重力以及风载的共同作用仿真模拟

4.5 本章小结

第五种无遮挡航拍四旋翼飞行器样机构建

5.1 无遮挡航拍四旋翼飞行器样机构建

5.2 无遮挡航拍四旋翼飞行器样机验证

5.3 本章小结

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间所取得的研究成果

致谢

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摘要

四旋翼飞行器由于其结构简单、重量轻、体积小等诸多优点,被广泛应用在航拍领域。然而,传统四旋翼飞行器由于结构布局的局限性,常出现“镜头遮蔽”现象,难以满足要求较高的航拍任务。因此,对无遮挡航拍四旋翼飞行器的研究显得尤为迫切。
  本文以四旋翼飞行器为研究对象并针对其在航拍领域普遍存在的“镜头遮蔽”现象,对四旋翼飞行器进行设计和改良。首先根据四旋翼飞行器实现的功能以及飞行器结构设计的相关知识对所设计的四旋翼飞行器初始参数进行计算,得出相应的起飞重量和推重比。且通过对传统布局的分析,得到两种新型布局有利于实现无遮挡航拍,并对这两种布局方案进行分析比较,确定了异型结构布局(视野角度大于180度)应用于航拍领域的巨大优势。其次,应用Auto-CAD、Pro/E软件对此种结构布局的四旋翼飞行器进行初步建模,并利用Workbench软件对初始模型通过参数预选、计算、结构设计等步骤进行改良设计。通过将中心板替换成中心管,板材镂空等方式,实现结构的加强及其轻量化设计。最后,利用有限元软件对模型的振动及力学特性进行建模仿真研究。对模型进行模态分析,得到模型的固有频率和阵型,将计算的激振频率与所得固有频率比较,得出激振频率在共振频率范围之外;对模型进行力学分析,进行安全裕度校核,得出其安全裕度大于零,结构可靠。同时,为了解决航拍飞行器便于携带的特殊需求,文中对四旋翼飞行器进行了横向折叠设计,相比于常用的的伞式折叠,其携带体积显著降低。
  最终,对所设计的四旋翼飞行器进行样机构建和试飞并与其它航拍无人机比较,验证所设计的四旋翼飞行器可以达到预期效果,解决了“镜头遮蔽”问题,能够有效实现无遮挡航拍。

著录项

  • 作者

    魏文菲;

  • 作者单位

    中北大学;

  • 授予单位 中北大学;
  • 学科 航空宇航制造工程
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 张春元;
  • 年度 2017
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类 V275.1;
  • 关键词

    飞行器; 无遮挡航拍; 结构设计; 有限元分析;

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