專利名稱：一種小型多用途無人機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種無人機，尤其涉及一種小型多用途無人機，可用于科研實驗、遙感探測、航拍等任務(wù)，以及作為靶機使用。
背景技術(shù)：
無人機由于不需駕駛?cè)藛T，可以執(zhí)行許多有人機不便或無法執(zhí)行的任務(wù)，具有體積小、造價低、使用方便。對環(huán)境要求低、生存能力強等優(yōu)點，目前已得到越來越廣泛的應(yīng)用。俄羅斯的“妖精-D”多用途無人機是在莫斯科航空學(xué)院代號為“距離”的遠(yuǎn)程無人機研究項目背景下研制的，該機翼展5. 86米，機身長5. 4米，重360公斤，飛行速度80-195公里/小時，航程120公里。W-50型無人機，可配備彩色攝像機、紅外熱像儀、數(shù)碼相機等設(shè)·備，廣泛應(yīng)用于森林防火監(jiān)察、牧場漁場巡視、城市規(guī)劃航測、國界邊境巡邏、打擊走私監(jiān)控等任務(wù)。加裝特殊設(shè)備后，還可完成無線通信中繼、電子對抗模擬、地球物理實驗、氣象要素取樣及科學(xué)探險考察等任務(wù)，主要技術(shù)參數(shù)為翼展4. 8米，機長3. 4米。目前國內(nèi)公開的一項專利技術(shù)一種小型多用途無人機，可用于執(zhí)行科研實驗、遙感探測和空中航拍等飛行任務(wù)。該無人機具有如下特點續(xù)航時間較長，便于開展對航時要求較高的飛行任務(wù)；使用簡單，便于操縱；穩(wěn)定性較好，適合搭載自動駕駛儀、航拍相機、攝像機等設(shè)備。然而，現(xiàn)有多用途無人機主要用于民用領(lǐng)域，其設(shè)計并未考慮民用領(lǐng)域之外的其它用途，例如攜帶包括紅外增強器和誘餌彈在內(nèi)的任務(wù)設(shè)備，執(zhí)行空空武器空中機動目標(biāo)訓(xùn)練任務(wù)，或者進(jìn)行高空長航時的偵察任務(wù)等。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種小型多用途無人機。本實用新型的小型多用途無人機，包括機體、動力分系統(tǒng)、飛控分系統(tǒng)、電氣分系統(tǒng)、測控分系統(tǒng)、任務(wù)分系統(tǒng)和回收傘裝置，所述機體包括機身、機翼、尾翼、垂直尾翼；機身截面為長方形；機翼為具有中等展弦比、非對稱翼型、上單翼布置的平直機翼，機翼分內(nèi)翼和外翼兩部分，外翼可拆卸；尾翼為非對稱翼型、矩形平面形狀，設(shè)置在機身后部，0°安裝角，后緣設(shè)置升降舵；垂直尾翼為對稱翼型、梯形平面形狀，設(shè)置在機身后部垂直對稱面上。所述機翼為整體機翼，單梁和多雙墻式結(jié)構(gòu)，梁為金屬與航空層板混合結(jié)構(gòu)，墻為輕木與玻璃鋼混合結(jié)構(gòu)；機翼蒙皮采用玻璃鋼蜂窩夾心材料組成上下壁板；在副翼懸掛處進(jìn)行特殊加強；平尾和垂尾均采用木質(zhì)單梁泡沫夾心玻璃鋼結(jié)構(gòu)，設(shè)置上、下2個木質(zhì)翼肋，后緣用輕木條封口 ；副翼為木質(zhì)單梁泡沫夾心玻璃鋼結(jié)構(gòu)，各部件結(jié)構(gòu)連接接頭均采用金屬制件，用螺栓連接。所述機身內(nèi)部用航空層板分隔為多個艙段。從而可根據(jù)不同用途靈活方便地調(diào)整機身背部空間布置。所述動力分系統(tǒng)包括發(fā)動機、螺旋槳、起動裝置以及發(fā)動機供油裝置；所述發(fā)動機為雙缸對置二沖程氣冷式發(fā)動機，安裝于機身頭部；所述螺旋槳為二葉木質(zhì)定距拉力式螺旋槳；所述啟動裝置為手持式電動起動機；所述發(fā)動機供油裝置包括機上燃油裝置和地面燃油快速加注裝置，機上燃油裝置包括燃油箱、燃油濾和燃油管，燃油箱為軟式油箱，油箱設(shè)有出油口、放油開關(guān)、連通到機翼后端且?guī)в袉蜗蜃苑忾]功能的加油口。所述飛控分系統(tǒng)包括垂直陀螺、角速率陀螺、GPS接收機、飛控計算機、電動伺服舵機和氣壓高度傳感器。所述機身下部安裝有火箭助推器，位于無人機重心偏后的位置。所述測控分系統(tǒng)包括MDS無線數(shù)傳電臺和機載垂直極化中心饋電天線。相比現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型的小型多用途無人機具有以下優(yōu)點(I)低成本研制，以成熟技術(shù)為基礎(chǔ)，在滿足技術(shù)指標(biāo)要求的前提下，選用低成本的配套部件，降低生產(chǎn)成本；在設(shè)計過程中貫徹通用化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計準(zhǔn)則，盡可能減小技術(shù)風(fēng)險，降低研制成本。(2)能夠?qū)崿F(xiàn)靶機與機載火控系統(tǒng)、靶場地面指揮系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊，實現(xiàn)靶機搭載的目標(biāo)增強裝置與紅外誘餌彈的聯(lián)動投放，對紅外對抗型武器測試和戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練起到關(guān)鍵重要作用。(3)由于采用單發(fā)固體火箭助推發(fā)射型式，控制無人機實現(xiàn)發(fā)射升空平穩(wěn)，傘降回收安全，對起降條件要求較低。(4)本實用新型的多用途無人機除了能夠應(yīng)用于民用領(lǐng)域之外，還可攜帶包括紅外增強器和誘餌彈在內(nèi)的任務(wù)設(shè)備，執(zhí)行空空武器空中機動目標(biāo)訓(xùn)練任務(wù)，是國內(nèi)新型空中機動目標(biāo)模擬飛行器，具有外形尺寸大，任務(wù)載荷大、航時長，可以用作空中目標(biāo)特征模擬、空中偵察、空中運載平臺等。

圖I為本實用新型小型多用途無人機的外形示意圖；圖2為本實用新型小型多用途無人機的機身內(nèi)部布局示意圖；圖3為本實用新型小型多用途無人機的動力分系統(tǒng)組成框圖；圖4為本實用新型小型多用途無人機的飛控分系統(tǒng)組成框圖；圖5為本實用新型小型多用途無人機的電氣分系統(tǒng)組成框圖；圖6為遙控數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)；圖7為本實用新型小型多用途無人機的回收傘裝置的組成框圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明本實用新型的小型多用途無人機包括機體、動力分系統(tǒng)、飛控分系統(tǒng)、電氣分系統(tǒng)、測控分系統(tǒng)、任務(wù)分系統(tǒng)和回收傘裝置。本實用新型的小型多用途無人機機體外形如圖I所示，包括機身、機翼、尾翼、垂直尾翼；機身截面為長方形；機翼為具有中等展弦比、非對稱翼型、上單翼布置的平直機翼，機翼分內(nèi)翼和外翼兩部分，外翼可拆卸；尾翼為非對稱翼型、矩形平面形狀，設(shè)置在機身后部，0°安裝角，后緣設(shè)置升降舵；垂直尾翼為對稱翼型、梯形平面形狀，設(shè)置在機身后部垂直對稱面上。所述機翼為整體機翼，單梁和多雙墻式結(jié)構(gòu)，梁為金屬與航空層板混合結(jié)構(gòu)，墻為輕木與玻璃鋼混合結(jié)構(gòu)；機翼蒙皮采用玻璃鋼蜂窩夾心材料組成上下壁板；在副翼懸掛處進(jìn)行特殊加強；平尾和垂尾均采用木質(zhì)單梁泡沫夾心玻璃鋼結(jié)構(gòu)，設(shè)置上、下2個木質(zhì)翼肋，后緣用輕木條封口 ；副翼為木質(zhì)單梁泡沫夾心玻璃鋼結(jié)構(gòu)，各部件結(jié)構(gòu)連接接頭均采用金屬制件，用螺栓連接。機體除主要承力構(gòu)件外均采用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。機身為薄壁殼體,通過輕木材質(zhì)的梁、桁等縱向構(gòu)件和橫向框板組成受力結(jié)構(gòu)，框板為航空層板，可根據(jù)機載設(shè)備和任務(wù)設(shè)備安裝情況布置，根據(jù)各艙位設(shè)備情況在機身上設(shè)置口蓋；機身、機翼對接框等關(guān)鍵受力部位采用金屬結(jié)構(gòu)件局部加強。機身下部安裝有火箭助推器，位于無人機重心偏后的位置。機身內(nèi)部用航空層板分隔為多個艙段。從而可根據(jù)不同用途靈活方便地調(diào)整機身背部空間布置。以無人靶機為例，如圖2所示，整個機身內(nèi)部用航空層板分隔為8個艙段。 發(fā)動機艙為第一艙段，位于機身的頭部；第二艙段內(nèi)為儀表艙，包括陀螺、電源轉(zhuǎn)換盒、油門舵機，第三艙段為儀表艙，包括飛控計算機、GPS接收器及接收天線、數(shù)據(jù)傳輸電臺；第四艙段為任務(wù)設(shè)備艙，即目標(biāo)增強器安裝艙，安裝有紅外增強器，紅外增強器突出機身，和機身呈30°夾角；第五艙段為油箱，位于機身中段全機重心附近；第六艙段內(nèi)為電氣艙，包括機載發(fā)電機、電源變換器、蓄電池、輸配電盒(匯流盒)等設(shè)備；第七艙段內(nèi)為任務(wù)設(shè)備艙，安裝有誘餌彈及其控制裝置；第八艙段為傘艙，回收傘裝置設(shè)置于機身后部。本實用新型無人機的動力分系統(tǒng)，如圖3所示，包括發(fā)動機、螺旋槳、起動裝置以及發(fā)動機供油裝置。發(fā)動機選用(FL350)22hp、重量< IOkg (干重)的雙缸對置二沖程氣冷式發(fā)動機，安裝于機身頭部。螺旋槳參數(shù)需要根據(jù)發(fā)動機高度特性和飛機主要飛行狀態(tài)的高度、速度等參數(shù)計算和試驗確定，由于火箭助推發(fā)射的需要，本具體實施方式
采用二葉木質(zhì)直徑為700mm的定距拉力式螺旋槳。所述啟動裝置為手持式電動起動機。發(fā)動機供油裝置包括機上燃油裝置和地面燃油快速加注裝置，機上燃油裝置包括燃油箱、燃油濾和燃油管，燃油箱為軟式油箱，油箱設(shè)有出油口、放油開關(guān)、連通到機翼后端且?guī)в袉蜗蜃苑忾]功能的加油口。本實用新型無人機的飛控分系統(tǒng)，如圖4所示，包括垂直陀螺、角速率陀螺、GPS接收機、飛控計算機、電動伺服舵機和氣壓高度傳感器。其主要特點如下a)采用姿態(tài)傳感器測定無人機的姿態(tài)信息，通過飛控內(nèi)回路達(dá)到穩(wěn)定無人機飛行姿態(tài)及航向角的穩(wěn)定，并具有靈活的操縱特性。b)采用氣壓高度和GPS接收機測定的飛行高度信息，通過飛控高度穩(wěn)定回路來穩(wěn)定飛行高度。c)采用GPS接收機測定的無人機當(dāng)前的位置信息，通過遙測信道下傳到地面測控站，由領(lǐng)航員通過遙控信道上傳給無人機，可以實現(xiàn)爬高、平飛、下滑、向左、向右、直飛等動作，引導(dǎo)無人機到預(yù)定的航區(qū)執(zhí)行干擾偵察等任務(wù)。d)按預(yù)先裝訂的飛行航線，實現(xiàn)三維的自主飛行，并具有航線裝訂的回檢功能；若GPS信號失鎖，通過測控終端操縱無人機飛回著陸場，或立即實現(xiàn)應(yīng)急傘降回收。e)控制無人機實現(xiàn)發(fā)射升空平穩(wěn)，以及傘降回收安全。[0038]f)具有良好的安全控制功能。g)具有快速檢測功能。h)具有將飛行信息通過串口傳輸給遙控/遙測設(shè)備與地面檢測設(shè)備。本實用新型無人機的電氣分系統(tǒng)如圖5所示，包括機載發(fā)電機、電源變換器、蓄電池、輸配電盒、地面供電測試系統(tǒng)和地面發(fā)電機(含相關(guān)電纜)。電氣分系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)如下a)直流電源22V 30V DC ；b)發(fā)電機功率彡200W; c)平均故障間隔時間TBF彡300h ；d)平均修復(fù)時間MCT彡0.5h;e)重量要求(2Kg。電氣分系統(tǒng)的主要功能a)完成發(fā)電機電壓的自動調(diào)節(jié)，并完成發(fā)電機投入電網(wǎng)和從電網(wǎng)脫離；b)自動實現(xiàn)應(yīng)急電源對飛控分系統(tǒng)等關(guān)鍵設(shè)備供電；c)根據(jù)配電要求，自動實現(xiàn)匯流條和繼電器的控制；d)實現(xiàn)發(fā)電機與蓄電池的并聯(lián)運行；e)完成機上用電設(shè)備供電和各分系統(tǒng)之間信號傳輸；f)接受飛控計算機指令控制發(fā)動機停車；g)接受飛控計算機指令控制回收裝置的火工品；h)地面供電時反極性保護。由于靶機無人機系統(tǒng)采用28V直流電源，所以選取低壓直流電源作為靶機無人機系統(tǒng)主電源。蓄電池采用鎳鉻蓄電池組，可反復(fù)充電使用，能滿足應(yīng)急供電要求。本實用新型無人機的測控分系統(tǒng)選用MDS無線數(shù)傳電臺(半雙工)作為上、下無線電信道，通過分別設(shè)置信道上、下的工作頻率，能實現(xiàn)機載單天線完成機載遙控接收和遙控發(fā)射。機載天線采用垂直極化中心饋電天線。測控分系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)如下a)遙測幀長 32字節(jié)；b)碼速率19. 2kbps ；c)數(shù)據(jù)刷新率 12. 5幀/s ;d)傳輸誤碼率 I X 10-5 ；e)作用距離大于25km ；f)工作頻率 900MHz ；g)電源28V/3A ；h)外形參考尺寸 IOcmX8cmX 18cm ;i)重量小于 I. 58kg ；j)發(fā)射功率5W ；k)接收靈敏度 -IlOdBmI)工作溫度 -2(TC +5(TC;[0072]m)貯存溫度 -2(TC +55°C;n)濕度90±3% (+35°C );0)振動曲線(15 2000Hz，隨機振動)；p)軸向過載彡2g;q)法向過載彡4g (沖擊)。測控分系統(tǒng)主要功能a)實現(xiàn)對無人機的飛行狀態(tài)和機載設(shè)備工作狀態(tài)的實時遙控；b)實現(xiàn)對無人機的飛行狀態(tài)和機載設(shè)備工作狀態(tài)的實時遙測(包括GPS數(shù)據(jù)和遙控指令回報)； c)實現(xiàn)無人機的飛行航跡、遙測參數(shù)的實時顯示、記錄和回放。測控分系統(tǒng)與飛控計算機采用RS232標(biāo)準(zhǔn)通訊接口，波特率為19200bps，數(shù)據(jù)位8位，無校驗位，每幀長為32個字節(jié)。遙控幀結(jié)構(gòu)如圖6所示。上行遙控為突發(fā)方式，有指令時連發(fā)7幀(幀計數(shù)器每幀加I)。遙控數(shù)據(jù)說明如下A.同步碼 EB9O;B.遙控開關(guān)指令+加擾調(diào)制碼；C.任務(wù)開關(guān)指令+加擾調(diào)制碼；D.數(shù)據(jù)注入碼；E.注入數(shù)據(jù)分組碼；F.注入數(shù)據(jù)；G.連續(xù)指令備份；H.幀計數(shù)器；
32I 模 256 和校驗() mod 256 = O。
i=l數(shù)據(jù)注入碼D OOh無數(shù)據(jù) Alh A7h 航跡注入(I 3條) Blh B7h 航跡查詢(I 3條)的整條或某點 Clh C7h 設(shè)置航線及起點(I 3條的某點) 93h地面氣壓高度 9Bh磁偏角 航跡注入(輸入航線及起點)時，數(shù)據(jù)分組碼E為Id IOOd分別對應(yīng)I 100航點，相應(yīng)航線由D中內(nèi)容(Clh C7h)確定，后續(xù)數(shù)據(jù)為相應(yīng)經(jīng)緯度、高度； 設(shè)置航線及起點時，數(shù)據(jù)分組碼E為Id IOOd分別對應(yīng)I 100航點，相應(yīng)航線由D中內(nèi)容(Clh C7h)確定； 航線I為自主飛行航線； 航線2為通場飛行的雙向航線； 航線3為完成飛向回收場地并自動回收的航線。本實用新型無人機的回收傘裝置，如圖7所示，包括回收傘、傘艙及傘艙蓋、艙蓋鎖閉及開啟機構(gòu)、傘與飛機連接機構(gòu)、引導(dǎo)傘開傘機構(gòu)?；厥諅氵x用南京513廠的十字形定型傘作適當(dāng)改進(jìn)，其主要性能指標(biāo)為a)回收速度180km/h ；b)回收高度>100m;c)回收質(zhì)量90kg ；d)回收傘最大開傘過載3g ；e)最大著陸速度6m/s ；
f)最大著陸過載4g ;g)回收傘質(zhì)量彡2. 5kg;h)回收傘包裝體積彡0.01m3;引導(dǎo)傘設(shè)計為0. 5m2的方形傘。方形傘的優(yōu)點是阻力系數(shù)較大，穩(wěn)定性比圓形傘好。主傘設(shè)計為SOm2的十字形傘。十字形傘穩(wěn)定性特別好，制造工藝簡單，開傘動載較小，但對稱性要求高，重量和體積較大。連接帶采用高強開夫拉織物，傘衣采用高強錦絲織物，傘繩采用超高強聚乙烯材料，以減輕傘的重量。傘與飛機連接機構(gòu)采用前后二點連接方式，飛機著陸穩(wěn)定性較好，連接帶走向設(shè)計對飛機結(jié)構(gòu)影響較小。引導(dǎo)傘開傘機構(gòu)在傘艙蓋的背面裝上引導(dǎo)傘開傘機構(gòu)，使引導(dǎo)傘盡量遠(yuǎn)離飛機，減少飛機對引導(dǎo)傘等的干擾，提高引導(dǎo)傘的工作可靠性。
權(quán)利要求1.一種小型多用途無人機，包括機體、動力分系統(tǒng)、飛控分系統(tǒng)、電氣分系統(tǒng)、測控分系統(tǒng)、任務(wù)分系統(tǒng)和回收傘裝置，其特征在于，所述機體包括機身、機翼、尾翼、垂直尾翼；機身截面為長方形；機翼為具有中等展弦比、非對稱翼型、上單翼布置的平直機翼，機翼分內(nèi)翼和外翼兩部分，外翼可拆卸；尾翼為非對稱翼型、矩形平面形狀，設(shè)置在機身后部，0°安裝角，后緣設(shè)置升降舵；垂直尾翼為對稱翼型、梯形平面形狀，設(shè)置在機身后部垂直對稱面上。
2.如權(quán)利要求I所述小型多用途無人機，其特征在于，所述機身內(nèi)部用航空層板分隔為多個艙段。
3.如權(quán)利要求I所述小型多用途無人機，其特征在于，所述動力分系統(tǒng)包括發(fā)動機、螺旋槳、起動裝置以及發(fā)動機供油裝置；所述發(fā)動機為雙缸對置二沖程氣冷式發(fā)動機，安裝于機身頭部；所述螺旋槳為二葉木質(zhì)定距拉力式螺旋槳；所述啟動裝置為手持式電動起動機；所述發(fā)動機供油裝置包括機上燃油裝置和地面燃油快速加注裝置，機上燃油裝置包括燃油箱、燃油濾和燃油管，燃油箱為軟式油箱，油箱設(shè)有出油口、放油開關(guān)、連通到機翼后端且?guī)в袉蜗蜃苑忾]功能的加油口。
4.如權(quán)利要求I所述小型多用途無人機，其特征在于，所述飛控分系統(tǒng)包括垂直陀螺、角速率陀螺、GPS接收機、飛控計算機、電動伺服舵機和氣壓高度傳感器。
5.如權(quán)利要求I所述小型多用途無人機，其特征在于，所述機翼為整體機翼，單梁和多雙墻式結(jié)構(gòu)，梁為金屬與航空層板混合結(jié)構(gòu)，墻為輕木與玻璃鋼混合結(jié)構(gòu)；機翼蒙皮采用玻璃鋼蜂窩夾心材料組成上下壁板；在副翼懸掛處進(jìn)行特殊加強；平尾和垂尾均采用木質(zhì)單梁泡沫夾心玻璃鋼結(jié)構(gòu)，設(shè)置上、下2個木質(zhì)翼肋，后緣用輕木條封口 ；副翼為木質(zhì)單梁泡沫夾心玻璃鋼結(jié)構(gòu)，各部件結(jié)構(gòu)連接接頭均采用金屬制件，用螺栓連接。
6.如權(quán)利要求I所述小型多用途無人機，其特征在于，所述機身下部安裝有火箭助推器，位于無人機重心偏后的位置。
7.如權(quán)利要求I所述小型多用途無人機，其特征在于，所述測控分系統(tǒng)包括MDS無線數(shù)傳電臺和機載垂直極化中心饋電天線。
專利摘要本實用新型公開了一種小型多用途無人機。本實用新型的小型多用途無人機包括機體、動力分系統(tǒng)、飛控分系統(tǒng)、電氣分系統(tǒng)、測控分系統(tǒng)、任務(wù)分系統(tǒng)和回收傘裝置，所述機體包括機身、機翼、尾翼、垂直尾翼；機身截面為長方形；機翼為具有中等展弦比、非對稱翼型、上單翼布置的平直機翼，機翼分內(nèi)翼和外翼兩部分，外翼可拆卸；尾翼為非對稱翼型、矩形平面形狀，設(shè)置在機身后部，0o安裝角，后緣設(shè)置升降舵；垂直尾翼為對稱翼型、梯形平面形狀，設(shè)置在機身后部垂直對稱面上。本實用新型的小型多用途無人機具有成本低廉、用途廣泛、環(huán)境適應(yīng)性強等優(yōu)點。
文檔編號B64C39/00GK202574620SQ20112045580
公開日2012年12月5日 申請日期2011年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月17日
發(fā)明者浦黃忠, 甄子洋, 王道波, 李猛 申請人:南京航空航天大學(xué)