北航2014《微小型飞行器创新设计与实践》试卷(1)

A

北京航空航天大学

2013--2014学年第二学期

考试统一用答题册

考试课程微小型飞行器创新设计与实践（A）

班级110515 成绩_____________

姓名徐志雄学号11051183

2014年6月27日

本课程考核成绩通过每名选课学生提交实验报告，由教师评阅实验报告并结合分组完成的课程作品综合评定。具体要求如下：

1、选修本课的同学每人提交一份实验报告（无报告者无成绩，以未选修本课程处理）；

2、实验报告应至少包含以下内容：

实验分组情况说明（组长、组员）；

项目情况介绍（项目名称、创新性说明）；

项目设计、制作、组装过程说明；

你本人在分组实验中完成的工作（该部分是报告重点，应有一页以上的篇幅）；

项目的试飞情况；

试飞结果分析（成功在什么地方或失败的原因分析）；

总结你通过本实验的收获、体会和实验结论；

提出你对本课程的建议等。

3、同组同学实验报告的相同度不应超过30%；

4、实验报告篇幅不少于4500字，正文用5号字，双面打印；

5、报告附在单面打印的试卷封面和试题页（本页）后装订，总页数不超过5页；

6、2014年6月27日提交实验报告（交给助教）。

微小型飞行器实验报告

一、实验分组情况说明：

组长：徐志雄

组员：赫宁、王跃、杨翰雯、陈春源、胡浩德、梁枭

二、项目情况介绍：

1、项目名称：陆空一体化小型侦察无人机

2、项目创新性说明：无论是抢险救灾，还是军事行动，及时获取最新的目标动态都十分重要。因此无人侦察器的使用越发广泛。现有的无人侦察器大致分为空中和地面两类。空中方面，固定翼无人机适于大面积的区域侦查，旋翼类侦察机只能位于定点侦查；而地面侦察器侦查所得信息详细，但区域较小，只能局限于地面，机动性较差，不便于快速部署。若将上述三者结合起来，取其优点，则可以对一定的目标区域实行立体式的信息掌握，弥补上述三者的侦查空当。

该机可以用四旋翼飞行模式快速反应，到达目标区域后进行悬停侦查或者降落进行地面侦查。采用了模块化设计和安装导轨，可以加装小型机械臂、摄像头、夜航灯等设备，适应多重侦查任务。小型机械臂采用了四自由度机械手，可以夹取一定重量的物体，便于执行排爆等任务。摄像头与地面站组成了图像传输系统，便于第一视角操作飞行，可以更好的隐蔽任务人员，降低任务风险，更加贴近实际应用。侦查完毕之后，可以在极小的场地起飞返航，生存力较强。履带传动的选择使得对地面障碍的通过性较轮式车辆得到加强。

三、项目设计、制作、组装过程说明：

1、绪论

（一）、设计背景

传统的固定翼无人机在执行侦查任务时面对的往往是半径100km-1000km的区域，无人直升机和单兵便携式侦察机虽然能满足小范围的使用需求，但无法对建筑物内部情况进行了解。而现有的地面侦查设备经常需要人员到达建筑物附近再遥控其进行工作，因此可以覆盖侦查的又区域大受限制。设想对一目标执行侦察任务时，若能在一定距离上使其快速飞向目标，在空中对建筑物外围实行立体化的信息获取，然后可驶入建筑物内部进行细致侦查，则既减少了人力，保障了人员安全，又能够全方位立体化地获取目标信息。

图1 现有产品

（二）、设计理念

侦察器要具有高可靠性，结构简单，维护成本低。该机针对小区域的复杂地区，应具备较广的场地适应性，在空中可悬停，采用模块化设计，可根据具体的任务要求携带不同的任务载荷。

2、产品概述

（一）、设计要求

主要设计要求有：

最大起飞重量：约3000g

任务载荷重量：约500g

全机尺寸：500mm*600mm*200mm-700mm*800mm*250mm

任务剖面如下：

图2 任务剖面

（二）、功能概述

对于空中侦察，采用四旋翼布局。因为四旋翼飞行器起飞重量大，可携带更多任务载荷；可维护性高，响应时间短；与固定翼飞机相比，航拍的稳定性更高，能够悬停于目标上空长时间侦查，结构紧凑，便于增加陆上侦查所需的行驶装置。虽然不及固定翼飞机的飞行速度与覆盖面积，但对于小区域指定目标的侦查已经能够应对。

对于地面侦察，采用履带传动。虽然对于飞行器来讲，轮式比履带式的重量更轻，更合适，但在地面上轮式车辆的越障性能不及履带，若采用四轮驱动以提高越野性能，则传动机构比履带式复杂。由于四旋翼飞行器的起飞重量较大，所以决定采用履带传动，利用其较强的越野性能，以便于满足复杂地域的通过性需求。

（三）、总体布局

总体布局方面，如果将四旋翼简单地与履带车辆结合起来（方案一），结构不够紧凑，会导致全机高度过高，重心较高且机体惯量增加使得四旋翼的控制性能下降。

因此决定将旋翼置于同侧履带的上下两条的间隙之间（方案二），这样可以最大限度减小整机高度。图4是初步绘制的方案草图。

图3 方案一试制

图4 方案二草图

3、主要结构设计及参数

（一）、中央受力结构

和履带电机，因此在地面或空中运动时会受

到横向与纵向交替变化的弯矩和扭矩。同时

要放置飞控，需要使飞控板工作在一个较为

接近于刚体的坐标系中，才能较好地判断飞

图5坐标系草图

行器姿态，便于及时控制飞行器的动作，因此要尽量保证飞控板安装点（将其简化为点A）与四个电机（简化为点）的位置尽量不变。而且还要加装一些必要的电气设备，需要事先设计隔框划分出安装的空间。

为此设计出如图所示的中央盒状结构。其中、、、与、能够承受横向与纵

向弯矩，与、结合能够承受纵向与横向的扭矩。-又分别与、构成封闭结构，

增强抵抗纵向弯矩的能力。减重孔尽量符合等强度原则，保证每个减重孔四周的剩余材料厚

度基本相同，以达到在符合结构强度的情况下质量最轻的效果