倾转涵道无人机总体设计

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1、倾转涵道无人机总体设计摘要：在对国内外涵道无人机技术进行消化和吸收的基础上，积极创新，将倾转旋翼技术和姿态控制涵道技术融入涵道无人机技术，提出了一种倾转涵道无人机总体设计方案并研制了技术验证机，给出了倾转涵道无人机的飞行性能计算方法，建立了倾转涵道无人机飞行动力学模型，分析倾转涵道无人机的操纵性和稳定性，并进行了飞行验证。结果表明：本文提出的倾转涵道无人机的总体设计方案和设计方法是可行的。关键词：涵道无人机；中央倾转涵道；姿态控制涵道[中图分类号]V228[文献标志码]AIntegeralDesig

2、noftheTilt-DuctedFanUAVAbstract:TheaerodynamiccharacteristicoftheductedfanUAVisdigestedandabsorbbed.Itwasproposedaninnovativemeth-odthatthethetilt-rotortechnologytheattitudecontroltechnologyisusedtocontainthetilt-ductedfantechnology.Anfeasiblepr-ojecti

3、spresentedbasedontheaerodynamiccharacteristics,andtechnologytestmachinewasdeveloped.Themethodisusedtoca-lculatethecharacteristicoftheflightandthemodeloftheflightaerodynamicisestablishedtoanalyzethecontrollabilityandsta-bility.Finallyflightsimulationres

4、ultsofaxial-symmetricunmannedhelicoptershowthattheintegeraldesignofthemultifunctio-naltiltductUAVisfeasible.keyword：Ducted-FanUAV;CentralPourTurnCulvert;AttitudeControlCulvert[基金项目]航空科学基金（2010ZA56002）资助项目涵道式无人机具有垂直起降和悬停的飞行特性，在体积、隐蔽性和飞行性能上都具有鲜明的特点，已成为当今

5、微小型无人机研究开发领域的热点。由于涵道式无人机属于较为新型的航空器，其相应的基础研究起步较晚，不可避免地存在种种不足之处。现有涵道无人机的不足之处：1.采用固定式涵道设计，并在涵道下方设置一些舵面来控制其姿态，控制较复杂且控制效果不理想；2.通过倾斜机身实现前飞，飞行速度较低。如何克服现有涵道无人机飞行速度较慢、控制较为复杂等问题将是今后很长一段时间各国研究人员的研究热点。如美国西科斯基公司CypherⅡ就是在CypherⅠ的基础上增加了一对可拆卸的机翼和推力涵道尾桨后得到的改进型，但是同时增加了

6、无人机系统的机构复杂性，导致无人机系统可控性，稳定性，续航时间降低；而美国极光公司研制的金眼涵道无人机和美国联合航宇公司研制的ISTAR涵道无人机想通过整个机身倾转90°来实现高速前飞，控制复杂度更高，难度较大，目前尚处于试验阶段。我们必须打破常规，寻找更有效地推进方式和简单可靠地控制方式，这也正是本文的目的所在。1总体方案设计与分析1.1总体方案倾转涵道无人机是在对国内外涵道无人机技术进行消化和吸收的基础上，积极创新，将倾转旋翼技术和姿态控制涵道技术巧妙融入现有涵道无人机技术后研制的一款新型无人机

7、，以解决现有涵道无人机飞行速度较慢、控制较为复杂等问题，该无人机还有望克服传统无人直升机飞行控制耦合严重、旋翼桨叶外露导致安全性差以及噪音大、成本高等一系列问题。其总体布局设计如下：1、采用无尾、翼身融合布局，使得该无人机具有优良的气动综合性能；2、采用可倾转中央涵道设计，使该无人机既具备垂直短距起降和悬停性能，又能实现高、低速前飞和向后倒退飞行，兼具无人直升机和固定翼无人机的优点；3、采用三涵道姿态控制设计，每个涵道的动力面和控制面完全独立，克服了传统无人直升机飞行控制耦合严重的问题，有效保障了

8、飞控系统的可靠性和稳定性。2.2总体参数选择根据设计要求对飞机的总体参数进行了初步计算，主要总体参数如表1所示。表1：总体设计参数翼展b(mm)2886巡航速度Vc(km/h)80最大平飞速度Vmax(km/h)120起飞总重W0(KG)20主旋翼直径(mm)785主旋翼桨叶片数4×2发动机功率（kW）6.8最大升力系数maxCL0.89零升阻力系数0CD0.056推重比T/W1.2翼载W/S19.82.3总体结构设计该无人机采用无尾，翼身融合布局，机身中央布置可倾转