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无人机专用流线型机翼结构设计

项目分类:通用机械零部件 发布时间:2021-11-04 ID:358349
  • 无人机专用流线型机翼结构设计

  这款翼件的设计首先要匹配小型低空飞行器的实际作业需求,不管是多旋翼无人机的单片旋翼,还是固定翼航测无人机的主翼段,核心要解决的是升阻比平衡与安装适配的问题。从结构外形来看,整体采用大后掠角的流线型曲面,翼根位置做了加厚过渡处理,既能够保证与机臂或者机身连接位置的结构强度,避免飞行过程中受交变气动载荷出现连接位断裂,也能平滑过渡翼根处的气流扰动,减少翼尖涡流带来的升力损失。翼尖位置做了圆弧收边处理,没有生硬的直角切边,能够有效降低飞行过程中的翼尖诱导阻力,在同等动力输出下可以提升12%左右的悬停效率,对于续航敏感的低空作业场景来说,这个细节的优化能够直接提升单架次的作业覆盖范围。

  从安装边界来看,翼根处预留的安装孔位采用标准化的孔距设计,能够适配市面上多数30mm直径规格的碳纤维机臂,安装面做了铣平处理,保证连接时的贴合度,锁紧后不会出现翼面晃动的问题,安装时不需要额外做打磨修配,直接通过标准螺栓锁紧即可完成装配。翼面的曲面曲率是经过多轮气动仿真迭代确定的,在0到15度迎角范围内都能保持稳定的升力输出,不会出现突然失速的问题,对于低空作业时经常遇到的突发紊流工况,能够保持足够的飞行稳定性,避免姿态突变导致的作业事故。

  在实际应用场景中,这类翼件既可以用于农业植保无人机的旋翼替换,也可以用于航测、巡检类固定翼无人机的主翼结构,针对植保作业时经常接触农药雾滴的工况,翼面做了光滑的曲面处理,没有多余的凹槽或者凸起结构,作业后只需要简单冲洗就能去除表面残留的药液,不会出现积液腐蚀结构的问题。针对巡检作业时需要长时间低空飞行的需求,翼型的升力系数经过优化,在低速飞行状态下依然能够保持足够的升力,支持飞行器以更低的速度飞过巡检点位,获取更清晰的影像数据。

  设计过程中重点考量了结构重量与强度的平衡,整体壁厚采用渐变设计,翼根位置壁厚更大,能够承受更大的弯矩载荷,翼尖位置适当减薄,在保证结构刚度不会出现翼面震颤的前提下尽可能降低整体重量,减少动力系统的负载。翼面的曲面连续性做了严格的曲率检查,没有出现曲面褶皱或者曲率突变的位置,保证气流能够沿着翼面平滑流动,不会出现局部气流分离导致的飞行阻力突增。从装配兼容性来看,这款翼件的安装角度预留了2度的安装角调节余量,使用者可以根据自身的飞行器动力配置、起飞重量调整安装角度,匹配最优的升力中心位置,不需要重新修改连接结构就能适配不同的飞行调校需求。

  针对实际使用中可能出现的擦碰问题,翼面前缘位置做了局部加厚处理,轻微的擦碰不会导致翼面变形或者开裂,日常作业中的小磕碰不需要立刻更换部件,能够降低日常使用的维护成本。翼面的重心位置经过校准,装配后不需要额外做动平衡调校,直接安装后就能稳定运行,不会出现转动时的震动问题,减少震动对飞控传感器、任务载荷的干扰,保证飞行过程中影像采集的清晰度以及飞控系统的姿态判断准确性。

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