開題報告基本格式

PAGEPAGE1畢業(yè)設計（論文）開題報告題目無人偵察機的建模與仿真專業(yè)名稱機械設計制造及其自動化班級學號06031104學生姓名陳華敏指導教師許瑛填表日期年月日

一、選題的依據(jù)及意義：進入20世紀90年代，由于冷戰(zhàn)結束后各國軍費削減、軍隊裁員，迫使軍方努力尋求既能完成特定任務，又花費較少的途徑，這無疑為無人偵察機的發(fā)展提供了機遇。21世紀的無人偵察機將成為偵察衛(wèi)星和有人偵察機的重要補充和增強手段。它與偵察衛(wèi)星相比，具有成本低、偵察地域控制靈活、地面目標分辨率高等特點；與有人偵察機相比，具有可晝夜持續(xù)偵察的能力，不必考慮飛行員的疲勞和傷亡等問題，特別在對敵方嚴密設防的重要地域實施偵察時，或在有人駕駛偵察機難以接近的情況下，使用無人偵察機就更能體現(xiàn)出其優(yōu)越性。無人偵察機已成為重要的空中偵察裝備。從無人偵察機的內在潛力和發(fā)展趨勢來看，無人偵察機永遠無法完全取代有人偵察機，但將不再附屬于有人偵察機，而會成為有人偵察機強有力的補充。而且隨著高新技術的發(fā)展，無人偵察機在實戰(zhàn)中的應用會越來越多，范圍將越來越廣。我國在無人機的研究方面起步較晚，應該更加關注無人偵察機，在該項技術研究方面加大力度，研制和開發(fā)新型先進無人偵察機，這樣才能在電磁戰(zhàn)場上變被動為主動，打好未來的高技術戰(zhàn)爭。二、國內外研究概況及發(fā)展趨勢：國內外概況：一、國外無人偵察機的發(fā)展現(xiàn)狀以色列在發(fā)展和應用無人偵察機方面走在當今世界的前列。從20世界70年代開始，以色列已獨立或與美國、瑞士等國合作發(fā)展了三代無人偵察機，即第一代“偵察兵”，第二代“先鋒”、“徘徊者”，第三代“搜索者”、“獵犬”、“蒼鷺”和“眼視”等。這些無人偵察機的活動范圍近的約100km，遠的可達1000km，續(xù)航時間從4h到40h不等，裝載不同的偵察設備，可執(zhí)行照相偵察、電視偵察、紅外成像偵察或電子偵察，所獲情報可直接或通過無線電中繼實時傳回地面指揮中心。美國重視發(fā)展長航時、三軍通用的無人偵察機，技術處于世界領先水平。根據(jù)美軍的無人偵察機發(fā)展計劃，重點研制長航時無人偵察機，已研制成功“蚋蚊750”和“捕食者”中空長航時無人偵察機?！膀肝?50”和“捕食者”屬于中空長航時無人偵察機，續(xù)航時間達40h，可在目標上空巡邏20h上。機上裝有先進的光電偵察設備、電子偵察設備和數(shù)據(jù)傳輸設備?！膀肝?50”曾在波黑沖突中進行10多次偵察監(jiān)視飛行，為隨時掌握戰(zhàn)區(qū)形勢變化、制定相關政策提供情報。在波黑戰(zhàn)爭后期和科索沃戰(zhàn)爭中，“捕食者”被派往戰(zhàn)場執(zhí)行偵察任務。正在研制的“全球鷹”是一種高空長航時無人偵察機，目前尚處在樣機試驗階段。除美國、以色列外，還有一些國家的軍隊也裝備有無人偵察機。例如，英國的“不死鳥”、俄羅斯的“圖-243”、德法合作研制的“布雷維爾”、南非的“禿鷹”等無人偵察機和加拿大的CL-227無人偵察直升機。二、國內無人偵察機的發(fā)展現(xiàn)狀我國從20世紀50年代開始研制無人機，開發(fā)出多種靶機和偵察無人機，基本上都是中低空小型無人機，飛行高度和飛行速度較低，巡航半徑小，續(xù)航時間短，還沒有真正意義上的高空長航時無人機。無人機采用遙控、程序控制或者兩者相結合的方式，而且無人機和任務設備分別由不同的操縱手來控制，主要完成諸如航拍、校射等任務，自動化程度不高，同時任務設備的性能有限，以CCD相機和FLIR為主，機載SAR技術還不成熟。在無人機尤其是任務設備的發(fā)展方面同美國、以色列等國家還有較大的差距，但國內也有許多高校和科研院所對無人機和任務設備進行了研制。在國外，SAR已成功地應用于飛機和衛(wèi)星上；國內已先后研制成功了用于微波遙感的側視SAR，有關單位所開展的機載前斜視高分辨率SAR的研究工作，已經(jīng)進入了試飛階段,-.。根據(jù)我國目前的情況，可以在現(xiàn)有的基礎上，利用低空小型無人機的經(jīng)驗，發(fā)展中高空無人機，研制新型任務設備，在提高無人機和任務設備性能的同時，通過改進控制技術，利用信息融合技術來提高綜合控制性能，從而提高偵察效果。世界無人機發(fā)展趨勢世界主要國家研制、裝備未來軍用無人機有以下發(fā)展趨勢。(一)高空、長航時小型短程無人機適合近距離戰(zhàn)場偵察、目標指示、火力校準等,但很難滿足電子對抗、電子偵聽的需要,主要存在承載能力小,供電不足,續(xù)航時間短等問題。發(fā)展高空、長航時無人機是必然趨勢,美國正在加緊研制“高點”和“禿鷹”無人機(美國波音公司研制的“禿鷹”無人機設計高度為27km,航程14km,續(xù)航時間160h),這兩種無人機可完成空/海大范圍搜索和監(jiān)聽,空戰(zhàn)早期預警、充當跨國通信中繼平臺,甚至可以替代低軌道通信衛(wèi)星,承擔高分辨率偵察與監(jiān)視任務。美國還利用太陽能來研制高空、長航時無人機,這種稱為“太陽之神”的無人機續(xù)航時間可達幾個月,它的主要任務是通信中繼。(二)智能化隨著微電子技術、自動監(jiān)視和導航定位技術的發(fā)展,研制智能化無人機已成為可能。智能化無人機能夠自主地飛到目標區(qū),自主搜索目標、探測敵方的地形特征和搜索戰(zhàn)術部署情況,并識別戰(zhàn)機與威脅,自主決策行動,并攜帶智能武器系統(tǒng)。據(jù)報道,美國防高級研究計劃局已出臺一種智能化無人機的方案,將在2025年前投入使用的“攻擊星StrikeStar”屬于此種無人機。(三)隱身性現(xiàn)代戰(zhàn)爭遠程奔襲和精確打擊的作戰(zhàn)方式對隱身性能的要求越來越高。無人機體積小、重量輕、采取獨特的外形設計,使其雷達反射截面積比有人駕駛飛機小得多,而且無人機機體表面涂敷著隱身性能很好的涂料,使其隱身能力大大增強,如美國波音公司的“蜻蜓”無人機驗證機采用鴨翼、水平尾翼和2個旋翼作為產(chǎn)生升力的翼面;進氣道與機身在外形上融為一體,大大降低了雷達的反射截面積;且旋翼與機身表面都涂敷了用于吸收雷達波的復合材料,使其隱身性能大幅提高。美國最新研制X-47“飛馬座”無人戰(zhàn)斗機的驗證機選擇菱形布局,同時盡量減少機體表面縫隙,機體全部采用具有隱身性能的復合材料,因此,雷達反射截面積極小。此外,無人機還可實施電子干擾來增強其雷達隱身能力,以及利用其體積小、重量輕、靈活的特點,通過超加速升降、倒飛、急轉彎等機動方式增強其隱蔽性。(四)微型化微型無人機通常指基準尺寸(長度和翼展)小于15cm的無人機,重量不超過1kg,這種無人機用雷達或紅外傳感器很難探測,飛行起來很安靜,常使人無法察覺。美國防預研計劃局和海軍研究實驗室近年來一直在研究、設計和制造巴掌大小的無人機用于執(zhí)行情報、監(jiān)視、偵察和電子戰(zhàn)任務,通過人工、彈藥或武器平臺發(fā)射升空,靠紐扣大小的電機或噴氣發(fā)動機驅動。隨著納米技術、微型傳感器技術、微電波技術的進步,微型無人機將得到進一步的發(fā)展。目前美國正在著手包括12種微型無人機的研制計劃,其中2種固定翼、1種旋轉翼和1種折疊翼型已開始動作。這4種機型尺寸均為15cm,時速48km,并裝有5g的微型GPS裝置,1種固定翼樣機還裝有軍用攝像機,航程5～10km;旋翼型重300g,可攜帶紅外成像設備,GPS導航,續(xù)航時間可達2h?！拔⑿恰?mi2crostar)、“黑寡婦”(blackwidow)等為目前美國在研的微型無人機。(五)強攻擊能力現(xiàn)代地面防空武器裝備地不斷發(fā)展,使飛機面臨的威脅日益增大,用無人機代替有人機執(zhí)行對地攻擊(特別是高風險的壓制防空)甚至空戰(zhàn)任務的必要性越來越明顯。而且航空電子設備的小型化、集成化、智能化和信息融合,以及載荷能力的提高,使無人攻擊機跨入了作戰(zhàn)飛機的行列。美國研制的“無限戰(zhàn)斗空中飛行器”既可執(zhí)行情報偵察任務,又可執(zhí)行作戰(zhàn)突擊任務,它使用重量為45～113kg的小型“靈巧”炸彈等多種精確制導武器,是一種極具殺傷破壞力的無人化武器。有人預言,到2025年左右,無人攻擊機將有可能成為戰(zhàn)斗機群中的主力。(六)作戰(zhàn)任務擴展化無人機技術已日趨成熟,性能日臻完善,它能夠承擔的任務范圍進一步擴大,任務級別由戰(zhàn)術級擴展到戰(zhàn)役、戰(zhàn)略級;任務性質由支援性保障任務擴展到攻擊性任務,并將作為新的殺傷性平臺出現(xiàn)在21世紀戰(zhàn)場上。偵察無人機的任務已由戰(zhàn)術偵察范圍向戰(zhàn)略偵察范圍擴展。美軍在2001年后就用“全球鷹”高空長航時無人機取代U-2有人偵察機。在21世紀,無人偵察機將成為衛(wèi)星偵察、有人偵察的重要補充與增強手段。無論在戰(zhàn)略還是戰(zhàn)術范圍,無人機都將成為應用非常廣泛的低風險、高費效比的戰(zhàn)場感知平臺,成為2010年C4ISR系統(tǒng)的重要組成部分。無人預警機通過將預警雷達天線與偵察雷達天線共裝在無人機的機翼上,實現(xiàn)一架無人機可同時完成對空中目標預警和對地面監(jiān)視目標的能力。預期能取代目前的預警機和“聯(lián)合星”戰(zhàn)場偵察飛機。無人戰(zhàn)斗機設計人員因無需考慮駕駛員的生理和心理極限,可設計出布局奇特,性能怪異,具有高過載、大機動、高隱身能力的無人戰(zhàn)斗機。在21世紀,無人作戰(zhàn)空中飛行器將取代有人轟炸機、殲擊機、武裝直升機和巡航導彈的部分功能,成為空中精確打擊武器系統(tǒng)的一種新手段。美國計劃用空戰(zhàn)型無人機取代F-16/18戰(zhàn)斗機。三、研究內容及實驗方案：1、研究內容：參照文獻進行無人偵察機的結構設計。無人偵察機的總裝配圖和主要零件的工程圖。使用三維建模軟件UG/PORE，設計各零件的三維模型，并進行虛擬裝配和運動仿真，并得到相關的運動曲線，加以分析，整理。2、實驗方案：(1)，無人偵察機的原理分析，構思無人偵察機的模型，對機型進行設計。(2)，計算機構的各運動、力學參數(shù)，把零件模塊化。(3)，使用UG/PORE進行三維建模，進行虛擬裝配。(4)，使用UG/PORE進行運動仿真。四、目標、主要特色及工作進度：1、任務目標：通過對現(xiàn)階段無人偵察機分析了解，設計無人機結構。并做出其零件的三維模型，并進行虛擬裝配和運動仿真。2、主要特色：(1)運用UG/PORE三維設計技術，實現(xiàn)無人偵察機結構的三維虛擬裝配和運動仿真。(2)機械結構的創(chuàng)新設計，及原理的創(chuàng)新。3、工作進度：1搜集有關資料，熟悉無人機原理，撰寫開題報告3.1.－3.51周2相關外文文獻資料的閱讀與翻譯（6000字符以上）3.8－3.192周3．總體傳動方案設計3.22－4.93周4．無人機的結構設計及建模4.12－5.74周5．基于軟件的無人機組裝及運動模擬5.10－6.44周6．撰寫畢業(yè)論文6.7－6.253周7.答辯準備及畢業(yè)答辯6.28－7.21周五、參考文獻：[1]空軍裝備部.美國空軍2025.北京:藍天出版社,1999[2]劉桐林等.高技術戰(zhàn)爭中的撒手锏.北京:解放軍文藝出版社,2000[3]岳長勝等.美國武器裝備透視.北京:國防工業(yè)出版社,2002[4]鄭濤無人機系統(tǒng)的仿真和建模研究[學位論文]2001[5]孫桓等主編.機械原理（第六版）.高等教育出版社，2001年[6]陶梅貞主編.現(xiàn)代飛機結構綜合設計，西北工業(yè)大學出版社.2001年[7]曾洪江、黃聰編著.CATIAV5機械設計從入門到精通中國青年出