| 标题 | 一款改进型鸭式布局无人机研发 |
| 范文 | 吴康明 李志轩 袁正明 肖光勇 钟宏 摘要：本项目旨在设计一款改进型鸭式布局无人机，并对改进型鸭式布局飞行器的布局设计进行研究。该鸭翼无人机布局类似“彩虹3“无人机，采用前后双翼设计。相较于常规布局，该无人机具有前后双翼共同产生升力的优点。但这也导致无人机在设计方面与常规布局飞机存在较大的差异。因此对飞行器的布局研究对无人机的设计制作具有重要意義。 关键词：电动；自主设计制作；改进型鸭式布局；无人机 随着炮火，空中发射，火箭发射和个人巡逻巡逻，个别士兵的巡逻需要在发射前折叠并安装在筒内。机翼区域受发射管尺寸的严重限制，传统的无人机布局不能有效提高负载率。 串联机翼布局提供前后翼对的升力，因此在有限的尺寸约束下，载荷比可以有效提高，并广泛用于筒式发射器的最新开发。然而，传统的串联机翼“工”字布局在前翼和后翼之间存在相互干扰，并且前翼和后翼产生的气动力存在很大差异。前翼的气动效率高于后翼，翼角为0°。当时，前翼必须位于后翼失速和其他问题之前。本项目改进后的鸭式布局无人机在一定程度上克服了这些问题。 1 研究目标 目前我们在改进型鸭式布局无人机的设计中有以下目标（1）翼型选择。（2）鸭翼无人机的前后双翼设计。前后双翼在翼面积上的比例、安装角以及相对位置等都决定了飞机的升力配平和重心设置。（3）前后双翼与机身的匹配设计，要求两者之间相互协调，保证飞机的稳定性和操作性，减少前后翼之间气流的相互干扰。（4）将改进型鸭式布局无人机的系列布局进行分析研究，得出设计的数据成果。 2 工作基础 我们已有该项目的前期制作探索和数据研究，探索性地制作过一款鸭翼无人机的技术验证机。该技术验证机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 机翼结构：基于正交试验法，采用雷诺平均 NS方程，并引入 SA 湍流模型，用数值方法模拟了改进型鸭式布局无人机整机流场，通过计算分析后，可以得出以下几点结论：（1）改进型鸭式布局在前后翼水平距离和翼差角固定不变的情况下，前后翼垂直距离对整机气动性能有一定影响。当前翼在上后翼在下时，无人机有较好的气动性能。（2）通过分析表明，无人机前后翼安装角对整机气动性能有较大影响，两机翼安装角较大时，无人机有更高的气动性能。（3）改进型鸭式布局的前翼对后翼有一定干扰，前后翼气动力存在一定差别。在迎角较小时，前翼的升力系数大于后翼，而阻力系数略小于后翼。当迎角较大时，前翼的升力系数和阻力系数都大于后翼，总体来说，前翼的气动性能优于后翼。 因此前后双翼在翼面积上的比例、安装角以及相对位置的设置等问题是机翼结构设计的关键。 飞机整体结构：第一是改进型鸭式布局无人机需要设计理想的飞机整体气动外形，包括机身、机翼及其他操纵面的协调与平衡，实现长时间的滑翔性能和空中低速的操纵性，同时保证飞机在三轴的稳定性和操纵性。第二是保证飞机整体的结构强度，由于飞机需要实现日常任务和作业，所以飞机在实际操纵中降落过程的距离很短。因此要求飞机整体具备较高强度。第三是对飞机细节调整，减轻飞机重量，包括局部采用碳纤维复合材料，全机身防震等，保证飞机的稳定操纵和飞行的方便性，实现飞行过程中的飞行稳定，提高实用价值。 4 设计成果 （1）“1：1：2”的串列双翼布局使飞行器的升力系数和升阻比有了显著提高并减小了前翼展长，增加前后翼之间的距离，减小前翼对后翼的干扰。这些设计使飞机在低速时仍能保持足够升力。 （2）串列翼安装角分别为4度与2度，攻角差为2度 ，这使得飞机的前翼先于后翼失速，前后翼不同步失速，使得飞机在快速爬升或大角度滚转时仍能保持良好的失速性能及机动性。 （3）飞机采用四副翼布局。通过混控控制，在爬升时四个副翼中前翼向下，后翼向上，极大提高了飞机的爬升性能和机动性，相较于常规布局有明显的提高。 （4）采用半开放式云台吊舱设计，可以根据任务需求加挂不同模块，目前采用无刷增稳云台配高清8倍光学变焦摄像头，适用于快速移动的低空侦察和静态物体的高空侦察，并与投弹仓配合实现精确打击。 （5）飞机采用合页转轴与卡扣的折叠紧固方式，实现了飞机的小型化便携化，手抛起飞，摆脱了起飞场地限制，运用范围更加广泛。 5 主要创新点 （1） 改进型鸭式布局无人机布局的研究，通过设计较理想的前后翼面积比例、安装角以及相对位置的设置，在一定程度上克服常规串列翼存在的问题。（2）研究改进型鸭式布局无人机制作的模块化，提高无人机实用性。（3）提高无人机的功能性，争取应用于军事和民用。 6 实用性调研 增加对改进型鸭式布局无人机实用性的研究，通过解决以上问题从而真正开发出改进型鸭式布局无人机的可行性与实用性，将改进型鸭式布局无人机真正参与到民用或者军用中去。 |
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