无人机设计(基于UG的固定翼滑翔式飞机的机械部分)

基于UG的滑翔式无人机设计（机械部分）完成日期：指导教师签字：评阅教师签字：答辩小组组长签字：答辩小组成员签字：摘要本文主要是以多用途民用固定翼滑翔式无人机为研究对象进行机身部分、动力系统的设计选用以及对于电子控制系统的简单要求，在设计上遵循模块化的制造理念，因为无人机在多个领域具备应用前景，需要在机身设计上遵循全天候、多功能、强适应性的制造要求。

而在机身设备的装载上也需要很强的装载能力，这样可以装载更多的电池，提供更强的续航能力。

在设计时尽量遵循自动化的原则，尽量减少操作者的命令发送的繁琐性，提高执行效率。

另外设计时要做到整体性原则，着重考虑无人人机整体的刚性、协调性、平顺性、节能性等等，在技术开发时特别要注意对于环境和人文生态的保护，考虑人与自然的协调发展。

通过技术的进步使人更加接近自然，让大自然更加接近我们的生活，全面协调可持续。

关键词：无人机;模块化；自动化；整体性；可持续AbstractThis article is mainly to civilian fixed-wing sail-type unmanned aerial vehicles to study body parts, powertrain design and simple requirements for electronic control systems, designed to follow the modular manufacturing concept, for UA V applications in many fields, need to follow on design all weather, multifunctional, resilient manufacturing requirements. Equipment mounted in the fuselage also need a strong loading capacity, so you can load more battery, providing more power. As possible in the design follows the principle of automation, minimizing the operator's commands sent by red tape, improve execution efficiency. Also designed to achieve wholeness, especially considering no one of the man-machine overall rigidity, balance, comfort, energy efficiency, and more in technology development with special attention to the environment and human ecology protection, taking into account the harmonious development of man and nature. Through advances in technology are all the more close to nature and nature closer to my life.key words: UA V; modular automatic; holistic；sustainable目录1绪论 (1)1.1题目背景及目的 (1)1.2 国内外研究状况 (1)1.3题目研究思路 (2)2民用固定翼滑翔式无人机机械部分设计与分析 (3)2.1固定翼滑翔式无人机设计基础 (3)2.1.1机身材料的选用 (3)2.1.2 机身动力系统以及材料的选用 (3)2.1.3机身整体机械部分的装配设计 (3)2.2 机身机械性能的设计与分析 (3)2.2.1整体机械外观部分的设计 (3)2.2.2动力系统的匹配与分析 (6)3对于机载电子控制系统的应用与实现功能的要求与分析 (7)3.1电子控制系统主要分析思路 (7)3.2基本功能实现效果与要求 (7)4民用固定翼滑翔式无人机实现的功能与效果要求分析 (8)4.1机械与动力部分实现效果与要求 (8)4.2机械与动力部分同电子控制系统的整体匹配的效果与要求 (8)5 地面终端以及联系网络的功能、效果与要求分析 (9)6展望与市场前景 (13)7目前我国的无人机市场分析 (14)参考文献 (17)致谢 (18)1绪论1.1题目的背景及目的飞机（Fixed-wing Aircraft）作为人类历史上的伟大发明，自20世纪初美国莱特兄弟发明发展到今天。

形成了非常完美的空中交通交通体系涵盖了旋翼式直升机、固定翼滑翔式飞机、飞艇等等。

伴随着飞机的飞速发展进而在第二次工业革命推动下动力系统也不断进步，衍生出了活塞式发动机、涡轮涡桨发动机、涡轮风扇发动机、以及更加献祭的火箭发动机。

推动了人类文明的进步，不仅被应用与军事取得制空权加强国防建设，更是不断进步衍生进化升级为民用空中交通工具，大大方便的人们的日常生活出行旅游。

为人们的日常生活提供了巨大的便利。

而随着第三次革命以及信息化产业的不断进步，先进的电子设备也被应用于现代化的飞机系统上，为飞机实现功能的多样化、全面化、信息化，提供了强大的技术支持以及实现可能。

最值得常带的就是目前较为先进的无人机（unmanned aerial vehicle）即无人驾驶的飞机。

而军用技术的进步毕竟推动民用技术的发展，无人机作为一款方便、轻型、环保的无人驾驶的飞机，可以在保护人员的前提下进行城市监测、环境监测、地理监测、车辆追踪、农业监测、抢险救灾以及航空拍摄等等，诸多方面。

即剩下了大量的人力物力，有提高的工作效率。

1.2国内外研究的现状无人机始于第二次世界大战，刚开始由于其可遥控范围半径并不宽广，所以作用比较单一，通常作为靶机应用于炮兵的训练工作，飞机遥控系统也是最早在巡航导弹上应用的相同系统。

而在第二次世界大战后，随着科学技术以及信息技术的飞速发展，这些被二战时期淘汰下来的靶机，被装上了新的系统成为战场上了一颗新星。

无论是越南战争、海湾战争还是到北约空袭南斯拉夫，都可以见到无人机的身影，而伴随着技术的进步多家世界著名兵工厂都开始涉足新型无人机的研制与开发。

从最初的靶机改装，到今天的全天候、多功能、多用途的无人机产品系列，包含了无人式旋翼机、无人式固定翼滑翔机、无人式飞艇以及无人式伞降机等等。

已经开始悄悄改变了战争的局势。

例如我们目前所知的较为先进的美国的全球鹰、中国的翼龙等等。

而中国目前在无人机领域取得的成就还是相对较于缓慢，因此我国需要在技术进步的基础上加快先进武器的研制，为我国的国防事业的加强得到有力支持。

而在民用部分国内常见使用的为旋翼式无人机，通常用作航空拍摄，而在其他领域空白度非常大，因此对于发展其他各个领域的民用无人机具备非常宽广的市场前景，以及应用基础。

1.3题目研究思路以现实实际情况以及市场的调查研究为基础进行调查，得出需求数据，并进行理论综合设计。

为该款多用途民用固定翼滑翔式无人机提供蓝本。

多功能民用固定翼滑翔式无人机以模块化设计为主题思想，将无人机整体拆分为通用性零件，包含机身框架四部分可组装模块、机翼模块、升降舵模块、垂直翼模块、水平翼模块、起落架模块、电动机动力系统模块、中央电子系统控制模块、摄像头模块、电源电池模块等部分，在此基础上预留适应不同工种作用的搭载仪器电子系统或者救灾救援物资空间，方便灵活使用，提升单驾飞机的多功能实用性和使用性。

本文侧重对于多用途民用固定翼滑翔式无人机的设想理论性设计以及对市场的前景的应用性调查。

而本产品的大部分用户并非是传统的摄影爱好者，在调查中发现摄影爱好者经常使用四旋翼式遥控无人机，这些无人机具备成本低廉、工艺简单、操作方便、小巧便于携带、使用灵活等诸多优点。

但是同时他们的功能性单一，仅仅具备摄像拍照功能，可遥控距离短，基本处于人眼可观察的范围内，且续航能力差，不具备负载能力，受天气气候的影响力大，且不具备实时的信息传输造成了工作效率的降低和能源物资的浪费等诸多问题。

因此在这一系列问题的前提下，在诸多的工作方面需要适应不同工种功能的全天候多功能无人机，通过讨论研究首先为了降低成本方便组装维修，该款多功能无人机决定采用模块化的设计理念。

而为了适应强大推力提供更加强劲的动力，但同时又必须降低能耗使用更加清洁的能源，动力又必须具备提供高转速的能力，因此决定使用轻型无刷的高转速电动机，具体型号的选择以实际设计设计中为准。

因为无人机需要在不同气候、环境下进行工作，甚至需要在极端气候条件下工作，因此机身必须具备抗腐蚀、信号收发能力强、框架具备刚性保护设备、外表覆盖具备吸能能力防止强大振动损坏机内设备、同时成本必须低廉方便加工，所以决定在机身上使用金属45号钢框架以及铝合金作为机身覆盖件。

整体的电子设备经采用外购的方式进行匹配，通过寻找实力较为雄厚的公司进行制作。

2民用固定翼滑翔式无人机机械部分设计与分析2.1固定翼滑翔式无人机设计基础2.1.1机身材料的选用通过市场调研该款无人机在市场的各个领域均受到了强烈欢迎，无论是在警用巡逻、环境监测、道路检测、地理监测、水文监测、电力检修等各行各业都对无人机提出了许多的要求，最重要的一点为了方便监测需要实时的画面传输与播放，因此在机身内部需要搭载复杂的电子控制系统，这就要求机身刚性、防水性、抗冲击性、抗腐蚀性、以及信号面的宽广度具备非常高的要求。

因此决定使用金属组合作为整体机身材料构成件。

采用含碳量为0.15%的45号钢作为机身的框架结构，以铝合金作为机身外表覆盖件选择。

因为首先机身需要非常高的强度，但是出于成本的考虑不能全部机身使用45号钢，因为钢的抗冲击性强可能会给电子系统也造成强大冲击，因此需要额外选用覆盖件而铝合金具备刚性较差，但其抗腐蚀性以及较差的刚性可以有效保护机身内部的电子系统设备。

综合考虑选用该两种材料。

2.1.2机身动力系统以及材料的选用考虑到环境保护以及成本控制决定使用高转速、额定工作电压为24V的电动机作为驱动力，考虑到寿命以及续航力场需要时用直流无刷电动机，具体参数将在实际的验证中进行更改选择。

驱动的风扇涡轮采用防涡轮风扇式发动机，虽然成本较普通的涡桨式发动机较高，但是其空气压缩性能好，整体制作选用0.15%的45号钢。

2.1.3机身整体机械部分的装配设计在机身设计上，为了便于控制成本，方便维修装配，便于后期的维护升级，在机械部分设计上，将采用模块化设计将机身分为机身框架部分、机身覆盖件部分、机翼部分、水平翼部分、垂直翼部分、动力系统部分、以及升降舵部分等。