| 标题 | 一款具备90度收放悬挂式三轴增稳云台的无人侦察机 |
| 范文 | 李柯 冯坤辉 王璿清 刘浩楠 唐振国 摘要：本项目旨在设计一款具备 90度收放悬挂式三轴增稳云台的无人侦察机，该侦察机的特点在于其三轴增稳云台和全复合材料机身设计。悬挂式三轴增稳云台能够实现横轴90度收放和其他两轴120度的转向，同时采用平台增稳以及集成模块化设计，可以进行模块化更换。而全复合材料机身设计使无人侦察机结构更加轻质高强。 关键词：90度收放；悬挂式三轴云台；无人侦察机；全复合材料机身 无人机机载摄像机的成像质量很大程度上受到无人机飞行姿态变化的限制。 为了稳定机载相机的视轴，必须为相机提供一个空间稳定的惯性平台。 稳定的云台是机载摄像机的载体。 由于它可以隔离无人机姿态的变化和机体振动，风阻力矩等干扰，逐渐成为高精度航天测量系统的重要组成部分。 无人机体积小，抗风能力差，相机设备的姿势受到无人机飞行姿态和航向变化的影响。 因此，设计一个三轴自由度稳定平台和辅助无人侦察机具有重要意义。 1 研究目标 目前我们在一款具备90度收放悬挂式三轴增稳云台的无人侦察机的设计中有以下目标： （1） 90度收放悬挂式三轴增稳云台的设计，集中体现在三轴的集成配合设计，云台的整体平台增稳，集成模块化可拆卸三个方面。 （2）常规布局小型无人侦察机的全复合材料制作，包括各部分的成型。 （3）侦查设备的搭载。 2 工作基础 我们已有该项目的前期制作探索和数据研究，探索性地制作过悬挂式三轴增稳云台。该三轴增稳云台初步设想采用集成模块化设计，可以进行模块化更换，具备一定的稳定运行性能，并为以后整个飞行器的设计提供了依据。 3 项目研究内容 云台结构：设计一个90度可伸缩悬挂式三轴稳定平台，可进行模块化拆卸。所谓三自由度是指在三维空间中，物体被三个方位空间稳定控制和定位。由于其自身的结构，双自由度稳定的平移/倾斜具有视觉死区。三自由度稳定的云台具有三个空间旋转自由度，可以更灵活地解决这个问题，消除视频监控的盲点。从工作原理来看，三自由度稳定头由三个空间相互垂直的框架组成。其中，外框负责控制摄像头的偏航运动，中框负责控制摄像头的滚动，内框负责控制摄像头的俯仰运动。稳定部分包括外框，中框和内框三种空间旋转角度，板上摄像头安装在内圈中心平台上。在无人机飞行期间，由于平台包含三个旋转自由度，因此可以确保无人机无人机和无人机的运动的良好隔离。云台的各个框架，外框架和外框架轴线之间的运动关系安装在无人机基座上，并且围绕垂直轴执行偏航运动；中间框架和中间框架轴安装在外部框架上，并且水平框架水平地滚动移动；内框架和内框架轴安装在中间框架上并围绕中间框架进行俯仰运动。 整个系统由四个坐标系组成： （1）无人机基座坐标系； （2）外框坐标系； （3）中框坐标系； （4）内框坐标系。 飞机整体结构：飞机整体结构使用复合材料，减轻重量，做到轻质高强。相较于传统材料结构，复合材料具备大量的优良特性，可以大步提高飞机性能。同时对飞机细节调整，包括全机身防震等，实现飞行过程中的稳定飞行，提高实用价值。 4 主要创新点 （1）悬挂式三轴云台的设计，相较于传统两轴云台具有巨大优势。（2）模块化的可拆卸设计，提高便携性。（3）全复合材料的制作工艺，目前设想采用三层夹心处理。 5 项目研制过程 本项目旨在设计一款具备 90度收放悬挂式三轴增稳云台的无人侦察机。为了实现这一目标，我们查阅资料，进行了初次设计。我们用EPO泡沫材料、层板和碳纤维等，设计制作了第一代无人机，并开始研究云台设计。根据文献资料上单兵无人侦察机经验，小型侦察机如果做到云台收放，则最好采用物理增稳方式。 由于前期考虑不足，第一代飞机的机舱设计容量狭窄，导致初代云台的第三轴无法安装，不能实现收放。在反复试验和操作后，我们决定重新设计载机。我们在反复比较当今各国军用单兵无人侦察机的设计后，决定仿制洛马公司设计的美军“沙漠鹰”无人机。我们联系了一家EPO无人机制作厂家，通过工业机器的发泡成型，成功制作出了无人机的公版EPO夹心部分。 6有待改进的地方 6.1 翼荷比比较大，导致其不能超低速飞行 通过对此机型的一系列测量和计算，此机型翼荷比和最佳翼荷比仍相差一段距離。初步计划采用延长机翼的方式来减小翼荷比。首先通过profili导出此机型的翼型，然后通过激光切割机来切合轻木和层板，将机翼从翼根处延长，来实现机翼的增长。 同时减少机身设备质量，比如使用更高效率的电池，或者优化制作工艺，在保证机身强度的同时减少环氧树脂的使用量。 6.2 起飞成功率不能达到100% V型尾翼容易由于操控不当失速尾旋，由于无人机是人为手抛起飞，因此不可避免地会有抛掷角过大，导致仰角过大失速导致无法起飞的情况。 7 实用性调研 目标：进一步实现民用航空调查和军事调查的应用。 无人机航空测量是对传统航空摄影测量方法的有力补充。它低成本，适用性广，快速，高效，精确，灵活，生产周期短。它在小区域和难飞区域具有高速图像。获取具有明显的优势。随着数码相机技术和无人机的发展，数字航空摄影的技术基于无人机平台显示出其独特的优势。航空摄影测量与无人机的结合使得“无人机数字”低空遥感已成为航空遥感的新方向。无人机航空摄影可广泛应用于灾害应急处置，新农村和小城镇建设，资源开发，土地和土地监理，国家重大工程建设，尤其在应急测绘数据采集，动态监测土地利用，数字城市建设，土地资源调查与监测，基础测绘等具有广阔的应用前景。 项目：大学生创新创业训练计划项目（项目编号：IECAUC2017144） |
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