小型无人机平尾优化设计

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1、2013年8月宇航计测技术Au“2013第33卷第4期JournalofAstronauticMetrologyandMeasurementV01．33．No．4文章编号：1000-7202(2013)04-0062-03中图分类号：V279．2文献标识码：A小型无人机平尾优化设计安佳宁1陈小昆2(1．中国人民解放军92419部队，辽宁125106；2．中国人民解放军96311部队，湖南418400)摘要提出了一种小型无人机平尾多目标优化方法。在保证飞行品质的前提下，实现了平尾阻力和尾撑结构质量最小的优化目标。通过优化，无人机纵向静稳

2、定性降低，纵向操纵性得到提高。该方法对小型无人机平尾设计具有一定借鉴意义。关键词无人机平尾优化设计OptimizationDesignofHorizontalStabilizerforMini-UVAANJia．nin91CHENXiao．kun2(1．92419UnitofPLA，Liaoning125106；2．96311UnitofPLA，Hunan418400)AbstractAmulti-objectiveoptimizationmethodWasadvancedtomakethedragandstructurem麟mini

3、mumofhorizontalstabilizerbasedthepreconditionofmeetingflyingqualities．Aftertheoptimization，thelongitudinalstabilityreduced，thelongitudinalcontrolperformanceincreased．Thismethodhasrefer-entialmeaningforthedesignofhorizontalstabilizerforMini—UVA．KeywordsUVAHorizontalstabi

4、lizerOptimizationdesign1引言能够供单兵使用的便携式小型无人机由于价格低廉、操作简单受到世界各国关注，小型无人机适用于军队连、排一级的作战单位，为这些分队提供方圆十几公里以内的侦察服务。在伊拉克战场上就有美军基地遭受不明位置的武装份子的炮火袭击，通过发射“大乌鸦”无人侦察机发现他们的位置并引导士兵将12名武装份子抓获的战例。小型无人机的基本功能是实现直线平飞、按航路点飞行等，一般任务要求是一些诸如照相侦察之类的简单任务，因此，其纵向平面的性能十分重要，对小型无人机在纵向平面提供稳定性和操纵性的主要部件是水平尾翼，

5、其相关参数是平尾容量。所谓平尾容量是指平尾面积和尾力臂的乘积与机翼面积和机翼平均气动弦长的乘积之比。在一定的尾容量下，若取较大的平尾面积则尾力臂较短；反之，取较长的尾力臂，则平尾面积较小。本文研究了一种小型无人机平尾优化设计方法。2优化方法通过改变无人机的布局来改变无人机静稳定性的方法一般有两种。一是改变飞行器焦点位置，主要是通过改变无人机的外形(气动布局)，达到改变的目的。例如：将机翼前后移动，或改变水平尾翼的位置和面积等。二是改变无人机的质心位置，主要收稿日期：2012—08—06，修回日期：2012-09-17作者简介：安佳宁(

6、1985一)，男，助理工程师，硕士研究生，主要研究方向：无人机总体设计相关工作。第4期小型无人机平尾优化设计·63·是在飞行器外形不变的条件下变化飞行器的内部质量分配，从而调整飞行器的质心位置。对于小型无人机来说，本身的体积就十分小，机身上搭载的设备也比较多，使得其质心的调整位置很有限。因此，通过改变机身内部质量分配以达到调节质心位置的方法并不具备很强的操作性。研究通过改变无人机气动焦点的位置，从而达到改变无人机静稳定性，通过优化得到一个合适的静稳定性，并使得平尾的大小和尾翼结构质量达到最小。平尾是提供飞机纵向稳定性的重要部件，在尾容

7、量一定的情况下，平尾的面积与平尾到机翼的距离成反比。平尾面积大，则控制效率高，距机翼的距离就短，产生的结构质量就小，但带来的阻力比较大，而且会使飞机动态特性不好；反之，如果平尾面积过小，则控制效率低，要求平尾距机翼的长度大，产生的结构质量大。所以，在平尾面积和平尾距机翼距离上存在着最优解。但目前，针对平尾最优设计这个问题，还没有相关的研究，在设计平尾时都是参考统计值，再加上设计者的经验修正。因此，目前设计平尾时都留了很大的余量，如何设计使得平尾最优是一个亟待解决的问题。对平尾优化可以采用如下的方法：在满足控制系统要求的前提下，即在一定

8、飞行品质的约束下，通过对无人机平尾的位置和大小进行优化设计，使得平尾得到优化。具体的做法是：在确定机翼、机身等部件的前提下，把平尾当作一个控制面和安定面。在考虑无人机飞行品质的约束下，以平尾的大小和到机翼的距离为变量，通