專利名稱：一種小型多用途無人機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種無人機，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，以及作為靶機使用。
背景技術：
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，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用。
俄羅斯的“妖精-D”多用途無人機是在莫斯科航空學院代號為“距離”的遠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)碼相機等設備，廣泛應用于森林防火監(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。加裝特殊設備后，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探險考察等任務，主要技術參數(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。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；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、攝像機等設備。
然而，現(xiàn)有多用途無人機主要用于民用領域，其設計并未考慮民用領域之外的其它用途，例如攜帶包括紅外增強器和誘餌彈在內(nèi)的任務設備，執(zhí)行空空武器空中機動目標訓練任務，或者進行高空長航時的偵察任務等。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種小型多用途無人機。
本發(fā)明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，設置在機身后部，0°安裝角，后緣設置升降舵；垂直尾翼為對稱翼型、梯形平面形狀，設置在機身后部垂直對稱面上。
所述機翼為整體機翼，單梁和多雙墻式結構，梁為金屬與航空層板混合結構，墻為輕木與玻璃鋼混合結構；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構，設置上、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構，各部件結構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，油箱設有出油口、放油開關、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，本發(fā)明的小型多用途無人機具有以下優(yōu)點
(1)低成本研制，以成熟技術為基礎，在滿足技術指標要求的前提下，選用低成本的配套部件，降低生產(chǎn)成本；在設計過程中貫徹通用化、模塊化、標準化設計準則，盡可能減小技術風險，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)術訓練起到關鍵重要作用。
(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)本發(fā)明的多用途無人機除了能夠應用于民用領域之外，還可攜帶包括紅外增強器和誘餌彈在內(nèi)的任務設備，執(zhí)行空空武器空中機動目標訓練任務，是國內(nèi)新型空中機動目標模擬飛行器，具有外形尺寸大，任務載荷大、航時長，可以用作空中目標特征模擬、空中偵察、空中運載平臺等。
圖1為本發(fā)明小型多用途無人機的外形示意圖2為本發(fā)明小型多用途無人機的機身內(nèi)部布局示意圖3為本發(fā)明小型多用途無人機的動力分系統(tǒng)組成框圖4為本發(fā)明小型多用途無人機的飛控分系統(tǒng)組成框圖5為本發(fā)明小型多用途無人機的電氣分系統(tǒng)組成框圖6為遙控數(shù)據(jù)幀結構；
圖7為本發(fā)明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
下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案進行詳細說明
本發(fā)明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)、任務分系統(tǒng)和回收傘裝置。
本發(fā)明的小型多用途無人機機體外形如圖1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4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，設置在機身后部， 0°安裝角，后緣設置升降舵；垂直尾翼為對稱翼型、梯形平面形狀，設置在機身后部垂直對稱面上。所述機翼為整體機翼，單梁和多雙墻式結構，梁為金屬與航空層板混合結構，墻為輕木與玻璃鋼混合結構；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構，設置上、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構，各部件結構連接接頭均采用金屬制件，用螺栓連接。
機體除主要承力構件外均采用復合材料結構。機身為薄壁殼體，通過輕木材質(zhì)的梁、桁等縱向構件和橫向框板組成受力結構，框板為航空層板，可根據(jù)機載設備和任務設備安裝情況布置，根據(jù)各艙位設備情況在機身上設置口蓋；機身、機翼對接框等關鍵受力部位采用金屬結構件局部加強。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；第四艙段為任務設備艙，即目標增強器安裝艙，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)等設備；第七艙段內(nèi)為任務設備艙，安裝有誘餌彈及其控制裝置；第八艙段為傘艙，回收傘裝置設置于機身后部。
本發(fā)明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)2a!P、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，油箱設有出油口、放油開關、連通到機翼后端且?guī)в袉蜗蜃苑忾]功能的加油口。
本發(fā)明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前的位置信息，通過遙測信道下傳到地面測控站，由領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，引導無人機到預定的航區(qū)執(zhí)行干擾偵察等任務。
d)按預先裝訂的飛行航線，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。
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/遙測設備與地面檢測設備。
本發(fā)明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(含相關電纜)。電氣分系統(tǒng)的主要技術指標如下
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)平均修復時間Ict彡0.5h;
e)重量要求(2Kgo
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)應急電源對飛控分系統(tǒng)等關鍵設備供電；
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，可反復充電使用，能滿足應急供電要求。
本發(fā)明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)主要技術指標如下
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1X10-5 ；
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■ IOcmX 8cmX 18cm
i)重量小于1. 58kg ；
j)發(fā)射功率5W ；
k)接收靈敏度-IlOdBm
1)工作溫度-20°C +50 ；
m)貯存溫度
η)濕度-20°C +55 ； 90士3% (+350C )； 曲線(15 2000Hz，隨機振動)； 彡2g；^ 4g (沖擊)。
ο)振動
ρ)軸向過載
q)法向過載
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標準通訊接口，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)。遙控幀結構如圖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1)。
遙控數(shù)據(jù)說明如下
A.同步碼 EB90 ；
B.遙控開關指令+加擾調(diào)制碼；
C.任務開關指令+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；
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1 100 航點，相應航線由D中內(nèi)容(Clh C7h)確定，后續(xù)數(shù)據(jù)為相應經(jīng)緯度、高度；
設置航線及起點時，數(shù)據(jù)分組碼E為Id IOOd分別對應1 100航點，相應航線由D中內(nèi)容(Clh C7h)確定；
航線1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。
本發(fā)明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
I.模 256 和校驗(YjY ) mod 256 = 0。
數(shù)據(jù)注入碼D
· OOh無數(shù)據(jù)
· Alh A7h航跡注入(1 3條)
· Blh B7h航跡查詢(1 3條)的整條或某點
· Clh C7h設置航線及起點(1 3條的某點)
· 93h地面氣壓高度
· 9Bh磁偏角及開啟機構、傘與飛機連接機構、引導傘開傘機構?；厥諅氵x用南京513廠的十字形定型傘作適當改進，其主要性能指標為
a)回收速度l80km/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. ^g;
h)回收傘包裝體積彡0. 01m3 ；
引導傘設計為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。主傘設計為80m2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，連接帶走向設計對飛機結構影響較小。
引導傘開傘機構在傘艙蓋的背面裝上引導傘開傘機構，使引導傘盡量遠離飛機， 減少飛機對引導傘等的干擾，提高引導傘的工作可靠性。
權利要求
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，設置在機身后部，0°安裝角，后緣設置升降舵；垂直尾翼為對稱翼型、梯形平面形狀，設置在機身后部垂直對稱面上。
2.如權利要求1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.如權利要求1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，油箱設有出油口、放油開關、連通到機翼后端且?guī)в袉蜗蜃苑忾]功能的加油口。
4.如權利要求1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.如權利要求1所述小型多用途無人機，其特征在于，所述機翼為整體機翼，單梁和多雙墻式結構，梁為金屬與航空層板混合結構，墻為輕木與玻璃鋼混合結構；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構，設置上、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構，各部件結構連接接頭均采用金屬制件，用螺栓連接。
6.如權利要求1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.如權利要求1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。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種小型多用途無人機。本發(fā)明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，設置在機身后部，0o安裝角，后緣設置升降舵；垂直尾翼為對稱翼型、梯形平面形狀，設置在機身后部垂直對稱面上。本發(fā)明的小型多用途無人機具有成本低廉、用途廣泛、環(huán)境適應性強等優(yōu)點。
文檔編號B64C3/20GK102501973SQ20111036452
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月17日 優(yōu)先權日2011年11月17日
發(fā)明者李猛, 浦黃忠, 王道波, 甄子洋 申請人:南京航空航天大學