分析折叠翼弹跳机器人机构设计及运动性能

分析折叠翼弹跳机器人机构设计及运动性能
杨旭
【摘要】随着科技飞速发展,在军事领域中,飞行机器人有较为出色的应用价值和表现.但是结合当前飞行机器人研发现状来说,一些大型无人机在起飞过程中不仅有较高的起飞方式要求,而且其体积较大,若规划以及操控不到位,则很容易发生人员损伤的情况.因此,要求相关研究人员从多方面角度出发,实现更小体积、更高使用安全性以及能更精准完成任务的折叠翼弹跳机器人设计.基于此,针对折叠翼弹跳机器人基本结构以及运动性能表现进行了细致的阐释和分析.
【期刊名称】《现代制造技术与装备》
【年(卷),期】2019(000)007
【总页数】2页(P55-56)
【关键词】折叠翼弹跳机器人;结构设计;运动性能
【作者】杨旭
【作者单位】国防科技大学前沿交叉学科学院,长沙410000
【正文语种】中文
随着无人机在军事战略领域的广泛应用，大型无人机袭击过程中导致平民误伤问题一直都是关注的焦点。

相较于传统大型无人机来说，折叠翼弹跳机器人有很多突出优势，如体积更小、可满足单兵携带要求、战术灵活以及炸弹投递精准，可有效降低无辜伤亡事件发生概率。

1 折叠翼弹跳机器人设计需求分析
在进行折叠翼弹跳机器人设计过程中，核心的目的是要确保有出色的操控性，确保机器人能够严格按照预期目标完成飞行任务。

同时要求其机翼可折叠，以促使机器人有更小的体积。

在飞行的过程中，为了保证飞行稳定性，要尽可能实现机翼快速展开，并对机翼进行固定，确保飞行稳定和安全。

因此，本文设计的折叠翼弹跳机器人基本指标如下：首先，可以实现10m/s的巡航速度；其次，机身总重量在1kg以下；再次，机身长度不大于60mm；最后，采用弹射方式起飞。

结合以上需求分析，接下来本文将重点结合机器人基本结构布局以及弹射起飞方式进行具体分析和论述。

2 折叠翼弹跳机器人的结构设计
在进行折叠翼弹跳机器人结构设计上，共计包含构型、整体参数、机械结构以及机翼翼形设计等方面内容。

2.1 折叠翼弹跳机器人构型设计
由于传统飞行器有较大主机机翼以及较小的尾翼，进而确保飞机可以实现较为稳定的飞行。

但是对于折叠翼弹跳机器人构型设计来说，在进行整体构型设计过程中，应该采取前后机翼基本相同的设计。

换句话说，在设计过程中，要进行高展弦比或是串列翼布局提升。

对串列翼布局来说，前后机翼大小应该基本一致，确保在机器人机身长度恒定时，能够实现最长机翼以及最大面积，这有助于确保机器人载重改善。

本文在进行设计过程中，使用的是前、后机翼分别使用下置、上置设计方法。

通过这种设计方式，可以保证前机翼不会对后机翼有太大影响。

从整体构型设计来说，本文设计的折叠翼弹跳机器人在布局上相对于传统飞行机器人，有更大尺寸的后机翼。

为了尽可能保证前机翼副翼对滚转的控制，在设计过程
中，选定的结构方式是前后机翼均进行副翼安装；通过这种方式进行整体构型布局，可确保前后两个机翼可以通过联动方式来进行飞行机器人管控，促使其在进行偏航、俯仰以及滚转上均可以实现较为出色的管控目标。

2.2 折叠翼弹跳机器人整体参数设计
在进行折叠翼弹跳机器人参数设计过程中，为了充分确保设计飞行机器人空间利用效果，促使飞行机器人在工作过程中能够有更为出色的负载以及稳定性飞行表现，在进行参数设计时，首先在进行飞行机器人布局上，为小展弦比；同时采取串列翼方式进行布局，机身以及翼展尺寸分别是600mm以及630mm；两个机翼有同
样的参数设计。

2.3 折叠翼弹跳机器人机翼翼形设计
考虑飞行机器人运动主要是在空气中进行，所以在机翼翼形设计规划上，采用雷诺数进行设定。

对应计算公式如式（1）所示。

经过计算获取到机翼设计的雷诺数应该是51326。

另外，为了充分确保折叠翼弹跳机器人飞行效果，还需要对其飞行系数进行设定。

飞行系数一般是飞行机器人的升力系数。

在进行计算上，采用公式如式（2）、式（3）所示。

结合公式分析可知，如果是在没有风的情况下，此时飞行机器人飞行对应升力系数应该是0.78。

由结果可知，在飞行过程中，其所需要的升力系数相对较小，所以
在进行弯度取值设定上，可以进行较小值选取。

通过这种方式进行机翼的设计，能够确保在进行弹射操作后，飞行机器人有较为出色的飞行方向以及姿态表现。

本文充分结合折叠翼的要求，最终确定的是Ritz3-30-11翼型设计。

对于该翼型
来说，其在翼弦30%位置即翼型最大弯度11%；同时也是最大曲面3%。

同时，
在翼型前缘半径、后缘厚度设定上，分别采取0.9873%以及0.22%。

2.4 折叠翼弹跳机器人机械结构设计
在进行折叠翼弹跳机器人机械结构设计上，要求其在弹射前可以实现机翼在发射架内的收纳，在弹射后可以在最短时间内完成机翼展开操作，而且展开后立刻进行机翼锁死。

因此，在进行机械结构布局上，一方面是要确保左右机翼对称，这也是保证飞行的基础；另一方面，在机翼展开后要有锁死功能，从而确保在飞行过程中能够有出色的机翼强度。

综合分析来说，本文在进行机翼折叠机械结构布局上，使用的是V型旋转式机翼
折叠方式，通过对折叠需求分析，完成机械结构布局设计。

在进行机翼设计过程中，使用三层板材完成折叠机构设计，同时还包含了一个硅胶管和一个弹簧套筒。

通过这种方式实现板材和机翼、机身连接；三层板材上进行圆孔的设计，和弹簧套同心，确保可以让板材围绕筒进行圆周运动；同时，借助弹簧压力，完成三层板材压紧和折叠，硅胶管的作用是拉动板材展开。

通过这种方式进行机械结构的设计，能够充分满足本文对飞行机器人机翼折叠设计的需求。

3 折叠翼弹跳机器人的弹跳以及运动性能分析
在进行折叠翼弹跳机器人设计过程中，设计目的是为了充分满足其飞行需求。

在其飞行过程中，主要受到空气动力影响，所以要想对其运动性能进行研究，核心是进行空气动力学仿真计算；通过仿真模拟方式，实现飞行器在飞行过程中的性能检验和判定。

在进行弹射器设计上，主要是明确弹射速度、距离以及弹性系数间关系，同时合理进行弹性系数规划，确保所选弹性系数能够满足弹射要求。

首先，进行仿真模型建立；其次，借助不同参数，完成飞行器在空中飞行过程中的运动性能计算，并结合计算结果完成飞行机器人在空中飞行过程中的飞行表现流线
图。

经过计算可知，本文设计的飞行机器人有较为出色的飞行效果，能够有效进行空气阻力的削减，致使飞行器可以实现稳定飞行。

4 结语
随着飞行机器人应用普及，本文在研究过程中对折叠翼弹跳机器人的设计以及运动性能表现做出了分析。

在研究过程中，结合折叠翼弹跳机器人整体构型、参数以及机翼等分别进行了设计规则论述，同时结合仿真方式对折叠翼弹跳机器人弹跳以及运行性能进行了论述。

结合分析，证实本文研究的折叠翼弹跳机器人能够为飞行稳定表现提供支持。

参考文献
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