第一章無人直升機設(shè)計概論

1、第一章 無人直升機設(shè)計概述,內(nèi)容,無人直升機的優(yōu)勢 無人直升機的分類 已有無人直升機一覽 無人直升機構(gòu)型 國內(nèi)的無人直升機,無人直升機優(yōu)勢,無人直升機的定義,無人直升機是一種由動力驅(qū)動，機上無人駕駛的航空器。它由機體、動力裝置、飛行控制與管理設(shè)備等組成，能遙控能自主飛行。,無人機系統(tǒng)由無人飛行器、任務(wù)設(shè)備、測控與信息傳輸、指揮控制、發(fā)射與回收、保障與維修等分系統(tǒng)等組成，能完成特定任務(wù)的系統(tǒng),導(dǎo)彈與無人機的區(qū)別：1、無人機、直升機可以回收；2、無人機攜帶的彈藥無需特殊制造，不與機身形成一體。,無人直升機優(yōu)勢,無人直升機的組成,無人直升機分系統(tǒng)：機體、動力、飛控與設(shè)備管理 任務(wù)設(shè)備分系統(tǒng)：偵查、校

2、射、電子對抗、中繼等設(shè)備 測控與信息傳輸分系統(tǒng)：遙控遙測、信息傳輸、中繼設(shè)備 指揮與控制分系統(tǒng)：操縱與管理、綜合顯示、地圖與飛行航跡顯示、任務(wù)規(guī)劃、記錄與回放設(shè)備、情報處理等 發(fā)射與回收分系統(tǒng)：運載平臺、發(fā)射平臺 保障與維修分系統(tǒng)：基層、基地保障維修設(shè)備,無人直升機優(yōu)勢,無人直升機的功能,無人直升機分系統(tǒng)：執(zhí)行任務(wù)的載體、攜帶任務(wù)載荷飛行之目標(biāo)區(qū)完成任務(wù)。 任務(wù)設(shè)備分系統(tǒng)：完成偵查、校射、電子對抗、通信中繼等任務(wù) 測控與信息傳輸分系統(tǒng)：通過上行信道實現(xiàn)對無人機與任務(wù)載荷的控制；通過下行信道完成對無人機、任務(wù)載荷的遙測，并獲取情報信息。 指揮與控制分系統(tǒng)：作戰(zhàn)計劃制定，任務(wù)數(shù)據(jù)加載，對無人機、任

3、務(wù)載荷的狀態(tài)監(jiān)視與操縱控制，飛行參數(shù)情報數(shù)據(jù)的記錄 發(fā)射與回收分系統(tǒng)：完成無人直升機的起飛，回收任務(wù) 保障與維修分系統(tǒng)：完成無人機的日常維護，狀態(tài)測試和維修等任務(wù)。,無人直升機優(yōu)勢,機上無人 垂直起降和懸停,無空勤人員傷亡：不怕冒風(fēng)險 不受人員生理限制： 時間、空間、溫度、視界、過載 低成本、低消耗：,結(jié)構(gòu)和布局不須保障乘員需求（無駕駛艙、低防護） 操縱手培養(yǎng)費用遠低于飛行員培養(yǎng)費、且傷亡少,可廣泛用于高風(fēng)險、長航時、起降環(huán)境受限、要求定點和 低速飛行的各種復(fù)雜任務(wù),按照功能分 軍用無人直升機 偵查無人直升機 電子對抗無人直升機 通信中繼無人直升機 攻擊無人直升機 無人直升機靶機 民用無人直升

4、機 巡查與監(jiān)視無人直升機 氣象無人直升機 其他類型無人直升機,無人直升機分類,按照大小分 微型無人直升機 小于1kg 小型無人直升機 1-100kg 中型無人直升機 100-1000kg 大型無人直升機 1000kg以上,按照活動半徑分 超近程5-15km，近程15-50km，短程50-200km，中程200-800km，遠程大于800km,按照升限分 超低空0-100m，低空100m-1km，中空1-7km，高空7-18km，超高空大于18km,已有無人直升機一覽,無人直升機的四種型式： 單旋翼+尾槳 共軸雙旋翼 涵道螺槳 轉(zhuǎn)換式,美國： “圓圈”（Cypher）,美國： QH-50,奧地利

5、： CAMCOPTER S-100,美國： “鷹眼”（Eagle eye）,已有無人直升機一覽（續(xù)）,（一）單旋翼/尾槳式, 國內(nèi)曾經(jīng)研制的單旋翼/尾槳無人直升機,南航的“翔鳥”（WZ-1）無人直升機,上海雛鷹公司的LE-110無人直升機,注：另有仿制的小型無人直升機,已有無人直升機一覽（續(xù)）,（一）單旋翼/尾槳式（續(xù)）,國外研制成功的單旋翼/尾槳無人直升機,美國：VIGILANTE 496,美國：VIGILANTE 502,瑞典：APID MK 5,奧地利：CAMCOPTER 5.1,日本：RAMX TYPE II,日本：RPH 2A,已有無人直升機一覽（續(xù)）,（一）單旋翼/尾槳式（續(xù)）,國

6、外正在研制的部分單旋翼/尾槳無人直升機,奧地利：CAMCOPTER S-100,美國：A-160 HUMMINGBIRD,已有無人直升機一覽（續(xù)）,（一）單旋翼/尾槳式（續(xù)）,國外正在研制的部分單旋翼/尾槳無人直升機,法國：ORKA 1200,美國：FIRE SCOUT (RQ-8A),美國：DRAGON WARRIOR,已有無人直升機一覽（續(xù)）,（二）共軸雙旋翼式, 國內(nèi)外曾經(jīng)使用過和正在研制的共軸雙旋翼無人直升機,美國：QH-50,加拿大：Guardian,英國：Sprite,德國：Seamos,俄羅斯：ka-137,北航：“BZK010”無人直升機,已有無人直升機一覽（續(xù)）,（三）涵道螺

7、槳式,美國正在研究的涵道螺旋槳式無人飛行器,美國：“圓圈”（Cypher）,美國：“圓圈”（Cypher）,已有無人直升機一覽（續(xù)）,（三）涵道螺槳式(續(xù)）,美國正在研究的涵道螺旋槳式無人飛行器,美國：“I-星”（ISTAR）,美國：OAV,已有無人直升機一覽（續(xù)）,（四）轉(zhuǎn)換式,美國：X-50,海蝙蝠,直升翼,已有無人直升機一覽（續(xù)）,（四）轉(zhuǎn)換式（續(xù)）,美國：鷹眼 EAGLE EYE 傾轉(zhuǎn)旋翼機,無人直升機構(gòu)型分析,四種型式的優(yōu)劣比較,常規(guī)型式：單旋翼/尾槳式、共軸雙旋翼式 優(yōu)點：技術(shù)成熟、研制風(fēng)險小 缺點：未發(fā)揮無人的優(yōu)勢（個別型號除外） 如：保留了座艙位置（對視界、尺寸的要求）、 沿用

8、了有人機的起落架型式和布置等， 因而迎風(fēng)面積大、重心范圍受限等,無人直升機構(gòu)型分析（續(xù)）,四種型式的優(yōu)劣比較,涵道螺槳式、轉(zhuǎn)換式 優(yōu)點：開始擺脫有人機構(gòu)型的定式，針對任務(wù)需求 設(shè)計構(gòu)型，因而任務(wù)適應(yīng)性強 缺點：涵道式氣動效率不佳， 轉(zhuǎn)換式技術(shù)難度大,無人直升機構(gòu)型分析（續(xù)）,構(gòu)型與布局，應(yīng)當(dāng)：,保留大旋翼：氣動效率高，下洗速度低，操縱力矩大； 無駕駛艙，布局自由度大：重心變化可控制在很小范圍內(nèi)， 傳力可直接（結(jié)構(gòu)重量可小），任務(wù)設(shè)備可放在最合適處； 簡化起落架：保證起飛時自動配平，可簡單（無輪、無緩沖器）,無人直升機構(gòu)型分析（續(xù)）,任務(wù)功能應(yīng)當(dāng)：,飛行包線范圍大：適用性廣、任務(wù)效率高； 機動性

9、高：躲避敵方打擊； 飛行控制功能強：保證自主起飛、著陸，飛行安全性好,國內(nèi)的無人直升機,開拓2號,蒲公英,國內(nèi)的無人直升機,開拓2號,無人直升機設(shè)計的定義、任務(wù)和要求,任務(wù)：確定無人直升機的構(gòu)型、布局、結(jié)構(gòu)和其他各組成部分，以保證在一定的限度內(nèi)使無人直升機最有效地滿足給定的技術(shù)要求。重點解決三個問題：1、選擇和確定總體技術(shù)方案。戰(zhàn)術(shù)要求的論證，提出最佳技術(shù)方案，系統(tǒng)可靠性、維修性、保障性、安全性和生產(chǎn)性的綜合與權(quán)衡，系統(tǒng)風(fēng)險分析與控制，系統(tǒng)地費效分析，各分系統(tǒng)的兼容性設(shè)計、接口設(shè)計；2、對分系統(tǒng)提出技術(shù)要求，并進行協(xié)調(diào)；3詳細的成本估算、周期估計，并提出關(guān)鍵技術(shù)試驗。,要求： 1）要有明確的設(shè)

10、計目標(biāo)，在分析、綜合的基礎(chǔ)上確定新機的設(shè)計技術(shù)狀態(tài)； 2）要考慮主、客觀條件，處理好各種關(guān)系； 3）要有專門的設(shè)計機構(gòu)，比較完善的試驗、試制基地。,定義：在現(xiàn)實的基礎(chǔ)上最佳地擬定“技術(shù)文件”的過程。,無人直升機設(shè)計的特點： 1）無人直升機設(shè)計是一門應(yīng)用科學(xué)。,無人直升機設(shè)計是無人飛行器設(shè)計學(xué)科的重要組成部分。,2）綜合運用了一系列基礎(chǔ)科學(xué)、應(yīng)用科學(xué)和工程技術(shù)的最新成果。空氣動力學(xué)、飛行動力學(xué)、結(jié)構(gòu)強度、材料與制造、航空發(fā)動機、飛行控制與管理、制導(dǎo)與導(dǎo)航、無線電與通信、信號處理、光電成像、電子對抗、情報與偵查。,1.2 無人直升機設(shè)計的一般過程,無人直升機研制的階段可劃分為： 研制總要求論證階段

11、、方案論證階段、工程設(shè)計階段、試制與試驗階段、設(shè)計定型階段、生產(chǎn)定型階段,按照設(shè)計任務(wù)和內(nèi)容的不同及先后次序，無人直升機設(shè)計劃分為三個階段： 1）概念設(shè)計（Conceptural Design） 2）初步設(shè)計（Preliminary Design） 3）詳細設(shè)計（Detail Design）,概念設(shè)計（方案設(shè)計或總體設(shè)計）,主要工作內(nèi)容： 氣動布局方案論證 全機總體布局方案論證 全機總體結(jié)構(gòu)方案論證 各部件和系統(tǒng)的方案論證 全機重量計算、重量分配和重心定位 全機配套附件和設(shè)備等成件的選擇和確定，新材料和新工藝的選擇和確定，對要求新研制的成件要確定技術(shù)要求和協(xié)作關(guān)系,概念設(shè)計階段的任務(wù)是依據(jù)設(shè)計

12、技術(shù)要求形成對所設(shè)計無人直升機的構(gòu)思及基本概念，并擬定出能滿足設(shè)計要求的初步技術(shù)方案。現(xiàn)代無人直升機設(shè)計都采用計算機輔助設(shè)計，因此，在這個階段中通?？梢赃x擇幾個方案進行對比分析，經(jīng)過充分論證后初步確定無人直升機的構(gòu)型和氣動布置方案。,初步設(shè)計（技術(shù)設(shè)計或打樣設(shè)計）,主要工作內(nèi)容： 1. 氣動方面 性能、操穩(wěn)、外載荷 2. 結(jié)構(gòu)設(shè)計 結(jié)構(gòu)草圖、強度計算、試驗 3. 系統(tǒng)設(shè)計 系統(tǒng)布局圖 4. 總體布局 改善外形和內(nèi)部布置，繪制樣機圖、協(xié)調(diào)、審查,詳細設(shè)計（工程設(shè)計或零件設(shè)計）,主要工作內(nèi)容： 繼續(xù)進行性能、操穩(wěn)、氣動、動力學(xué)等方面的校核性試驗，利用校核試驗結(jié)果和由圖紙得到的重量、重心和慣量數(shù)據(jù)進行全面的性能、操穩(wěn)等方面的計算，同時根據(jù)正式的外載荷進行零、部件的強度校核計算，提前進行零構(gòu)件、部件的強度試驗或有關(guān)的振動試驗。完成全機和零部件的重量、重心和慣量的計算，提交靜、動力試驗任務(wù)書和飛行試驗任務(wù)書。 完成原型機試制所需的全部圖紙和技術(shù)文件 ，包括： 零件圖、裝配圖、理論圖等和直升機各部件、各系統(tǒng)及全機進行生產(chǎn)、安裝、裝配工作所要的全部技術(shù)文件 。,1.3 無人直升機總體設(shè)計工作的特點,無人直升機總體設(shè)計是指從概念設(shè)計到初步設(shè)計階段進行總體方案設(shè)計的全過程，其最終目標(biāo)是給出最優(yōu)的新機總體方案，是直升機研制中最為重要的一個階段。,主要特點： 1.3.1