六旋翼飞行器与探测系统设计与分析

发布时间：2017-06-22 19:01

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【摘要】：六旋翼飞行器探测系统是针对空中监视探测任务而开发并且集合光、机、电一体化的探测设备,其主要工作原理是借助六旋翼飞行器搭载平台将探测系统携带至所需位置,以求在空中完成对目标源的监视跟踪。课题研究选择六旋翼飞行器作为搭载平台,主要因为六旋翼飞行器具有负载能力高、飞行平稳、续航时间长且安全可靠性高的特性。六旋翼飞行器探测系统由飞行器系统和探测系统两大子系统组成,工作时这两大子系统之间的运动互不干涉。六旋翼飞行器机械系统设计首先进行气动布局的选型、连接件的设计、云台的设计等。云台采用闭合设计,有助于保证大负载情况下的安全性,落地支撑单元与飞行器动力单元之间采用轴连接并通过齿轮传动,辅助云台实现全方位转动。飞行器控制与云台控制采用相互独立的结构设计方式,保证系统稳定。其次分析飞行器搭载探测系统后的兼容性。设计探测系统时,充分考虑红外探测器的固定、CCD探测器安装与调节,便于后续两探测器光轴调校,使得可见光图像与红外图像高度匹配与稳定。实现了飞行器首次搭载图像融合系统,满足24小时的空中探测需求。六旋翼飞行器探测系统在空中飞行时,大气环流比较复杂,为了确保该系统能够安全可靠的工作,必须对飞行器气动力进行研究。根据叶素理论完成对单个旋翼的拉力推导,测试验证,求出总体升力理论值,满足稳定飞行要求；完成飞行器三维结构设计后,通过ABAQUS有限元软件对其结构安全性、稳定性进行校验。完成整机装配与调试之后,通过探测系统光轴调校实验、室内成像实验、飞行器探测系统空中监视试验等,检验确定六旋翼飞行器探测系统在空中监视探测性能良好,可获得清晰目标图像；并且提出进一步研究内容。
【关键词】：六旋翼飞行器 探测系统 机械设计 叶素理论
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V241
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 1 绪论7-15
• 1.1 引言7
• 1.2 课题背景及研究意义7-9
• 1.3 六旋翼飞行器及探测系统研究历史与现状9-13
• 1.3.1 六旋翼飞行器研究历史与现状9-12
• 1.3.2 红外可见光融合探测系统研究现状12-13
• 1.4 本文主要研究内容13-15
• 2 系统方案设计15-22
• 2.1 技术指标及设计要求15-16
• 2.1.1 技术指标15-16
• 2.1.2 设计要求16
• 2.2 系统总体方案设计16-21
• 2.2.1 飞行器机构总成18
• 2.2.2 飞行器控制系统18-19
• 2.2.3 探测系统19-21
• 2.3 小结21-22
• 3 机械系统设计22-41
• 3.1 气动布局及材料选择22-27
• 3.1.1 气动布局23-24
• 3.1.2 材料选择24-25
• 3.1.3 飞行原理25-27
• 3.2 子系统的空间布局27-29
• 3.3 连接件设计及应用29-32
• 3.4 传动系统设计32-39
• 3.4.1 纵向周转结构设计33-35
• 3.4.2 横向周转机构设计35-36
• 3.4.3 俯仰机构设计36-38
• 3.4.4 探测系统结构设计38-39
• 3.5 飞行器探测系统整机展示39-40
• 3.6 小结40-41
• 4 六旋翼飞行器探测系统力学分析41-62
• 4.1 飞行器拉力概述41-44
• 4.1.1 影响因素41-42
• 4.1.2 雷诺数42-43
• 4.1.3 坐标系定义及选择43-44
• 4.2 飞行器受力分析及电机选型44-49
• 4.2.1 重力44
• 4.2.2 拉力公式推导44-48
• 4.2.3 电机及旋翼选型48-49
• 4.3 重要零部件静力分析49-54
• 4.3.1 理论基础49-51
• 4.3.2 重要零部件结构静力学分析51-54
• 4.4 飞行器结构稳定性分析54-61
• 4.4.1 模态分析理论基础55-56
• 4.4.2 飞行器结构模态分析及频响应56-61
• 4.5 小结61-62
• 5 飞行器探测系统调试实验与分析62-67
• 5.1 探测系统调试实验62-65
• 5.1.1 光轴调校实验62-64
• 5.1.2 室内成像实验64-65
• 5.2 系统测试结果分析65-66
• 5.3 小结66-67
• 6 总结与展望67-69
• 6.1 论文总结67
• 6.2 论文创新点67-68
• 6.3 有待进一步解决的问题68-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-73
• 附录73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 张广玉;张洪涛;李隆球;王林;;四旋翼微型飞行器设计[J];哈尔滨理工大学学报;2012年03期

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 王畅;微型旋翼气动特性分析方法与实验研究[D];南京航空航天大学;2010年

2 王俊生;四旋翼碟形飞行器控制系统设计及控制方法研究[D];国防科学技术大学;2007年

3 葛小青;红外与可见光图像融合的研究[D];重庆大学;2010年

4 刘信乐;热红外图像与可见光图像融合方法研究[D];电子科技大学;2013年

5 宋世伟;小型无人机高速公路监控系统应用研究[D];石家庄铁道大学;2014年

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本文编号：472743