便攜式偵察機(jī)的總體設(shè)計(jì)與研究論文

　　無(wú)人機(jī)的發(fā)展，給軍用和民用領(lǐng)域都帶來(lái)了革命性的發(fā)展。小型無(wú)人機(jī)攜帶方便，適用于各種地形，彈射和操作簡(jiǎn)單，具有低空全地形偵查和攻擊的功能，可廣泛應(yīng)用于需要偵察、監(jiān)測(cè)、抗震救災(zāi)等領(lǐng)域。若裝備高能炸藥，還可實(shí)現(xiàn)偵查與攻擊于一體，達(dá)到高效打擊。本文從前期論證、中期研制和后期試飛優(yōu)化介紹便攜式背包攜帶偵察機(jī)的總體設(shè)計(jì)。

　　1 前期論證

　　目前，小型無(wú)人機(jī)的應(yīng)用處于起步階段，因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)而倍受關(guān)注。微小型無(wú)人機(jī)具有應(yīng)用性強(qiáng)，便于攜帶，操作簡(jiǎn)單，安全性好等優(yōu)點(diǎn)，還可用于需要偵察、監(jiān)測(cè)、抗震救災(zāi)等領(lǐng)域。在軍事領(lǐng)域，更小型、更廉價(jià)和更易操作的系統(tǒng)會(huì)在將來(lái)的戰(zhàn)場(chǎng)大有作為，甚至推出一種既能大量部署而且無(wú)需過(guò)多訓(xùn)練就能操作的一次性無(wú)人機(jī)作戰(zhàn)系統(tǒng)。

　　本文的無(wú)人機(jī)是一種鋰電池提供動(dòng)力的小型殺傷性無(wú)人機(jī)，從彈射筒彈出，由展開鎖定機(jī)構(gòu)鎖定機(jī)翼和垂尾，電池帶動(dòng)的可折疊槳葉提供動(dòng)力，地面人員的操縱來(lái)保證穩(wěn)定巡航。攜帶監(jiān)視儀器，對(duì)移動(dòng)目標(biāo)實(shí)施跟蹤監(jiān)控。此外，該無(wú)人機(jī)配置一個(gè)小型彈頭，一旦鎖定目標(biāo)，由地面人員控制俯沖，引爆后迅速消滅目標(biāo)。

　　2 中期的`設(shè)計(jì)和研制

　　2.1 設(shè)計(jì)

　　基于前期可行性的驗(yàn)證，進(jìn)行中期的設(shè)計(jì)和研制。該無(wú)人機(jī)是一種總質(zhì)量為2kg 的便攜式空地偵察飛行器，機(jī)身長(zhǎng)度600m m ，機(jī)身寬度60 m m ，機(jī)身最高處60 m m ，主機(jī)翼長(zhǎng)度700 m m ，后機(jī)翼長(zhǎng)度600 m m ，機(jī)翼弦長(zhǎng)90 m m ，機(jī)翼厚度10 m m ，垂尾高度120m m ，空機(jī)約為800g、電子設(shè)備600g、高爆炸藥0.32kg~0.60kg，它折疊于彈射筒中，當(dāng)從筒內(nèi)彈射后，機(jī)翼展開保持穩(wěn)定巡航。

　　該無(wú)人機(jī)的彈體結(jié)構(gòu)氣動(dòng)特性優(yōu)良。它采用光滑圓頭、長(zhǎng)方體機(jī)身設(shè)計(jì)，有前后兩對(duì)彈翼，背部還有一對(duì)呈一定夾角的垂尾，為方便用筒式彈射器彈射，無(wú)人機(jī)的前后彈翼、垂尾以及螺旋槳均采用折疊式。彈射前，位于彈射筒內(nèi)時(shí)為折疊狀態(tài)，離開彈射筒后迅速展開，在空中快速達(dá)到巡飛狀態(tài)。

　　對(duì)于螺旋槳和電子設(shè)備，也進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)。一個(gè)G F 系列電動(dòng)尼龍槳(6030)，一個(gè)朗宇無(wú)刷電機(jī)(2212kv 2450)，一個(gè)好盈無(wú)刷電調(diào)(40A)，四個(gè)銀燕金屬模擬舵機(jī)(每個(gè)約9g)，一塊格式鋰電池(1000m ah25C)。

　　該無(wú)人機(jī)通過(guò)地面人員遙控控制，可在1000m 航程內(nèi)自由飛行，續(xù)航時(shí)間15 分鐘，飛行速度80~120km /h。該無(wú)人機(jī)具有可攜帶性、快速部署和高精確性，形象地說(shuō)，是把空中力量放入背囊中以保護(hù)徒步作戰(zhàn)的步兵，并使班組能夠作為一種戰(zhàn)略力量。

　　2.2 研制

　　在樣機(jī)制作之前，進(jìn)行C A TIA 三維建模和模型仿真，將仿真結(jié)構(gòu)用3D 打印機(jī)打印出來(lái)模擬組裝，再利用復(fù)合材料工藝進(jìn)行制作。樣機(jī)研制步驟介紹如下：

　　1) 將C A TIA 三維建模的零部件用3D 打印機(jī)打印出來(lái)。

　　2) 對(duì)打印零部件打磨光滑，并對(duì)機(jī)翼和機(jī)身的陽(yáng)模進(jìn)行噴漆處理。

　　3) 將陽(yáng)模置于基體中，在陽(yáng)模露出的半表面依次涂抹脫膜蠟、噴涂光漆、膠衣、涂抹原子灰、鋪設(shè)玻璃布、填入玻璃粘，再用玻璃纖維布覆蓋。晾干后，將基體與玻璃粘層分離，將邊界打磨光滑即可得到陰模。

　　4) 在陰模表面依次涂抹脫膜蠟、噴涂脫膜劑、光漆、膠衣、鋪設(shè)0.03m m 玻璃布、碳纖維預(yù)浸料、0.05m m 玻璃布、脫膜布，最后用真空袋包裝并用密封膠密封。

　　5) 用激光切割機(jī)切割并制作機(jī)翼和機(jī)身的內(nèi)部框架，將整體框架置于陰模中并涂抹工業(yè)膠，進(jìn)行合模，得到機(jī)翼、機(jī)身殼體。

　　6) 對(duì)機(jī)翼、機(jī)身進(jìn)行處理，安裝舵面。最后進(jìn)行整體組裝。

　　3 后期試飛與結(jié)構(gòu)優(yōu)化

　　樣機(jī)的各種設(shè)計(jì)參數(shù)出自理論計(jì)算，為確保研制出的無(wú)人機(jī)的性能及實(shí)用性。在樣機(jī)制成后，進(jìn)行調(diào)試飛行。由于制作中設(shè)備與技術(shù)水平有限，制作出的樣機(jī)質(zhì)量分布不均，所以在試飛前需要對(duì)飛機(jī)進(jìn)行配重，保證飛機(jī)起飛后具有良好的飛行性能。

　　在測(cè)試過(guò)程中，飛機(jī)表現(xiàn)不穩(wěn)定，在彈射起飛后，易出現(xiàn)側(cè)翻，給飛機(jī)的控制帶來(lái)很大難度。針對(duì)這一問(wèn)題，進(jìn)行改進(jìn)：其一提高工藝減輕飛機(jī)的總體重量;其二增大機(jī)翼面積，提供更多升力。在改善機(jī)翼的設(shè)計(jì)后，進(jìn)行吹風(fēng)實(shí)驗(yàn)。經(jīng)驗(yàn)證，該飛行器的氣動(dòng)性能等方面滿足前期的設(shè)計(jì)要求。在后期的試飛過(guò)程中，側(cè)翻現(xiàn)象也有所改善，不再對(duì)飛行產(chǎn)生過(guò)大影響。至此，此無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)制作基本已經(jīng)完成。

　　4 結(jié)論

　　如今，無(wú)人機(jī)研發(fā)費(fèi)用高，起飛條件嚴(yán)重受地形限制，并且需要專門的控制中心及龐大的后勤保證，使得無(wú)人機(jī)的使用和維護(hù)費(fèi)用高昂，導(dǎo)致其不能普遍使用，中小災(zāi)害與普通領(lǐng)域難以受益。而本文的可折疊背包攜帶的小型無(wú)人機(jī)的出現(xiàn)，會(huì)使這些問(wèn)題隨之迎刃而解。它可以廣泛應(yīng)用于偵察、監(jiān)測(cè)、抗震救災(zāi)等各個(gè)領(lǐng)域。

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