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尾推式飞翼布局无人飞行器结构设计

项目分类:飞机 发布时间:2022-05-13 ID:632477
  • 尾推式飞翼布局无人飞行器结构设计

  这款尾推式飞翼布局无人飞行器的结构设计,首先围绕低空近距作业场景的实际需求展开,在测绘巡检、小范围航测、应急场景快速抵近侦察这类作业中,飞翼布局天生的低雷达反射特征、高升阻比优势能让飞行器在同等动力配置下获得更长的滞空时间,同时无尾翼的一体化结构能大幅降低整机结构重量,减少零散连接件带来的结构失效风险。从实际用途出发,该构型没有传统固定翼的水平尾翼与垂直尾翼结构,所有气动控制面都集成在飞翼后缘,配合尾部前置的拉力螺旋桨动力单元,能在低速飞行状态下保持足够的舵效,避免传统飞翼布局低速易失速的问题,适合在城市楼宇间、山林复杂地形下的低速作业需求,不会因为尾翼结构突出在狭窄空间穿行时发生剐蹭。

  在功能特性的设计上,整个机身采用翼身融合的一体化承力结构,中部的设备舱预留了标准的航电安装空间,可直接搭载轻量化的测绘模块、图像采集设备或者小型传感单元,设备舱的盖板采用快拆结构设计,不需要额外工具就能完成设备更换与电池拆装,适配外场作业的快速转场需求。动力单元布置在机身后部上方的高位位置,一方面能让螺旋桨的滑流直接扫过机翼后缘的控制面,提升低速状态下的舵面响应效率,另一方面高位安装的动力单元能避免起降过程中地面碎石、杂草被吸入螺旋桨,降低外场起降的故障概率。机身下部做了平滑的曲面过渡,没有突出的结构件,既可以减少飞行过程中的气动阻力,也能在腹部安装滑橇式起落架的时候保证安装面的平整度,不需要额外做结构补强。

  设计思路上全程围绕结构减重与气动效率的平衡展开,整个飞翼的翼型选择了低速高升阻比的平凸翼型,翼展方向的弦长从翼根到翼尖逐步收窄,翼尖做了切尖处理,减少翼尖涡流带来的诱导阻力,同时翼尖的结构强度做了局部加强,应对低空紊流带来的翼尖震颤问题。机身内部的承力结构采用纵梁加隔框的布局,纵梁从机头位置一直延伸到尾部动力安装座,把飞行过程中的气动载荷、动力单元的振动载荷直接传递到整个翼面结构上,避免局部应力集中导致的结构断裂。隔框的布置完全匹配内部设备的安装位置,在电池、飞控、动力电调的安装点都做了局部的加厚处理,预留了标准的安装孔位,不需要用户二次打孔就能完成标准航电部件的装配。控制面的舵机安装位全部埋入机翼后缘的结构内部,舵机摇臂与舵面的连接采用隐藏式连杆结构,不会突出在机翼表面破坏气动外形,同时连杆的长度做了冗余设计,可根据实际飞行的舵量需求调整行程,适配不同载重下的操控灵敏度需求。

  从外形尺寸与安装边界来看,整机翼展控制在便携收纳的合理范围内,机身长度与翼展的比例匹配飞翼布局的静稳定度设计要求,机身最大宽度集中在中部设备舱区域,能容纳常规尺寸的锂聚合物电池与标准尺寸的飞控模块,设备舱的内部净空高度满足大部分小型作业载荷的安装需求,不会出现设备与舱盖干涉的问题。动力安装座的安装孔位适配常见的尾推式航模电机规格,电机座的安装平面与机身纵轴保持预设的下拉角与右拉角,抵消螺旋桨转动带来的反扭矩,不需要用户装机时反复调试动力安装角度。机翼前缘做了加厚的防撞结构设计,在低空飞行碰到细小障碍物的时候,前缘结构能吸收部分冲击能量,不会直接损伤内部的承力纵梁。整机的重心设计点落在翼弦的30%到35%区间,属于飞翼布局的静稳定区间,常规配置下不需要额外增加配重就能达到合理的重心位置,减少无效的配重重量,进一步提升整机的载荷能力。整个结构的装配公差控制在合理范围内,机翼左右两半的对接面采用定位止口设计,装配时不需要反复调整就能保证左右翼面的对称度,避免因为机翼不对称带来的飞行偏航问题。

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