旋翼飞行器说明书.doc

四旋翼飞行器设计说明书

指导教师:

第一组:
CNC13-1班
2013年12月
目录
一、绪论 2
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二、设计要求与设计思想 3
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三、方案结构设计 4
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四、典型零件强度校核 8
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五、材料选取及加工工艺 9
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六、总结与展望 11
七、参考文献 12


一、绪论

任何由人类制造、能飞离地面、在空间飞行并由人来控制的飞行物,称为飞行器。在大气层内飞行的飞行器称为航空器,如气球、滑翔机、飞艇、飞机、直升机等。他们靠空气的静浮力或空气相对运动产生的空气动力升空飞行。飞行器不仅广泛应用于军事,在民用领域的作用也在增加。机载GPS和MEMS惯性传感器的飞行器甚至可以在没有人为控制的室外环境中飞行,因此国内外对此进行了大量研究。对飞行器的研究目前主要包括固定翼、旋翼及扑翼式三种,四旋翼飞行器在布局形式上属于旋翼的一种,相对于别的旋翼式飞行器来说四旋翼飞行器结构紧凑。四旋翼飞行器能够垂直起降,不需要滑跑可以起飞和着陆,从而不需要专门的机场和跑道,降低了使用成本,可以分散配置,便于伪装,对敌进行突袭和侦察。
四旋翼飞行器能够自由悬停和垂直起降,结构简单,易于控制,这些优势决定了其具有广泛的应用领域,不但具有一般战场需要的各种作战功能,比如侦查监视,为其他作战武器知识目标等,甚至可以作为投放武器的载体。目前国外四旋翼飞行器的研究蓬勃发展,美国、日本、德国等均具有此类研究项目且技术较为成熟。

四旋翼飞行器的设计有两个阶段,在第一个阶段即20世纪初,法国科学家和院士Charles Richet制造了一个小型无人直升机,虽然该机不是很成功,但是启发了他的一个学生Louis Breguet,1906年下半年在Richet教授的指导下做完了他们自行设计的直升机实验。1907年,Breguet兄弟制作了他们第一个载人四旋翼飞行器,。虽然稳定性很差,但是当时飞行器只是处于起步阶段,Breguet兄弟在实现垂直飞行方面已取得了显著的成就。
20世纪20年代初,e de Bothezat为美国陆军航空勤务部制作一个实验性四旋翼直升机,其巨大的六桨叶旋翼能够使飞行器飞行成功,但是该飞行器非常复杂、难于控制、需要飞行员很大的工作量,仅仅在顺风的情况下才能向前飞行,最终在1924年,美国军队取消了该四旋翼飞行器的研制。
这一阶段设计出了载人四旋翼飞机,这是第一批成功的可垂直起降的飞行器。然而,早起原型机表现欠佳,后来稳定性较差,实用性和操控性低,所以载人四旋翼飞行器的发展几乎停滞。
第二阶段即从21世纪初开始到现在,四旋翼飞行器的动力能源采用电能,逐渐被各国所接受,主要是无人机,广泛应用于军事、商业和工业领域。无人机主要包括两大类:固定翼无人机和旋翼无人机。旋翼无人机在许多方面要优于固定翼飞行器,具有更高的自由度、低速飞行的能力、悬停、室内应用等。四旋翼飞行器作为一种具有独特飞行性能的无人机,正越来越受到人们的重视,迅速成为国际上新的研究热点。
由于市场上四旋翼飞行器的定位于专业高端航拍人群,且制造成本过高,搭载拍摄装置单一,本设计主要对四旋翼飞行器的整体结构格局方面,成本管控方面以及灵活转换拍摄装置方面进行探索,使本四旋翼飞行器具有低成本、大众化、稳定可靠性强等特点。
设计要求与设计思想

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、4、6、12轴通用;
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、电池、电调和马达的配合合理;
、轻便。

四旋翼飞行器采用四个旋翼作为飞行的直接动力源,旋翼对称分布在机体的前后、左右四个方向,四个旋翼处于同一高度平面,且四个旋翼的结构和半径都相同,旋翼1 和旋翼3 顺时针旋转,旋翼2 和旋翼4 逆时针旋转,
以保证飞行平稳,四个电机对称的安装在飞行器的支架端,支架中间空间安放飞行控制板和外部设备[4]。
从以下几点出发:
1)飞行器中心架的设计,要保证强度要求及整体结构(碳纤维杆安装、调控板安装、电池安装、起落架安装)的同时越轻越好。
2)飞行器启动设计。电机最大工作电流和电池最大供电电流相匹配,飞机起飞重量与电机拉力相匹配,且保证电机最大功率时的输出