一种微型飞行器概念机的总体设计研究

第Ⅰ页共Ⅰ页目录第一章绪论..........................................错误!未定义书签。1.1微型飞行器的研究概况............................错误!未定义书签。1.1.1微型飞行器的由来：..........................错误!未定义书签。1.1.2微型飞行器的基本特征和应用前景..............错误!未定义书签。1.1.3微型飞行器技术研究现状......................错误!未定义书签。1.2微型飞行器中的关键技术..........................错误!未定义书签。1.3本文所做的工作和研究............................错误!未定义书签。第二章微型飞行器的总体方案设计......................错误!未定义书签。2.1飞行设计概要....................................错误!未定义书签。2.2技术指标的制定..................................错误!未定义书签。2.3总体方案的对比选择..............................错误!未定义书签。第三章飞机初始总体参数和方案设计....................错误!未定义书签。3.1起飞重量的估算..................................错误!未定义书签。3.2翼载和推重比的确定..............................错误!未定义书签。3.3气动布局形式的选择..............................错误!未定义书签。3.4本章小结........................................错误!未定义书签。第四章飞机总体参数详细设计（部件设计）..............错误!未定义书签。4.1机翼的设计......................................错误!未定义书签。4.1.1确定机翼总的结构布局........................错误!未定义书签。4.1.2机翼/机身总体布置的确定.....................错误!未定义书签。第Ⅰ页共Ⅰ页4.1.3后掠角的确定................................错误!未定义书签。4.1.4翼型的确定..................................错误!未定义书签。4.1.5展弦比A的选择..............................错误!未定义书签。4.1.6尖削比λ的选择..............................错误!未定义书签。4.1.7机翼平面形状的确定..........................错误!未定义书签。4.2机翼的增升装置与副翼设计........................错误!未定义书签。4.2.1增升装置....................................错误!未定义书签。4.2.2副翼设计....................................错误!未定义书签。4.3机身的设计......................................错误!未定义书签。4.4尾翼的设计......................................错误!未定义书签。4.5推进系统的设计..................................错误!未定义书签。4.5.1发动机的选择................................错误!未定义书签。4.5.2螺旋桨的选用................................错误!未定义书签。4.6有效载荷的确定................................错误!未定义书签。4.6.1无线控制及图像遥感系统......................错误!未定义书签。4.6.2视频遥感系统的确定..........................错误!未定义书签。4.6.3视频摄像机的确定............................错误!未定义书签。4.6.4电源的选择..................................错误!未定义书签。4.6.5有效载荷总汇表..............................错误!未定义书签。4.7起落架的设计....................................错误!未定义书签。4.7.1起落架形式的选用............................错误!未定义书签。4.7.2前三点式起落架的主要性能参数................错误!未定义书签。第Ⅰ页共Ⅰ页4.8操作系统，传动系统，控制系统的设计..............错误!未定义书签。4.9本章小结........................................错误!未定义书签。第五章飞机的总体布置................................错误!未定义书签。5.1引言............................................错误!未定义书签。5.2飞机三面草图的绘制..............................错误!未定义书签。5.3飞机内部装置的布置..............................错误!未定义书签。第六章总结和展望....................................错误!未定义书签。6.1设计总结........................................错误!未定义书签。6.2前景与展望......................................错误!未定义书签。参考文献：...........................................错误!未定义书签。致谢.................................................错误!未定义书签。1绪论自1903年莱特兄弟成功地进行了人类历史上的首次动力载人飞行以来，航空器的大型化和高速化一直是航空领域的一个发展趋势。从DC-3到Boeing747,到Concorde(协和号)，用尽可能短的时间来运送尽可能多的货物，始终是航空工程师们努力追求的目标之一[1]。但是，进入二十世纪九十年代，随着微电子和MEMS等技术的飞速发展，飞行器的设计又开始出现一种向小型化，微型化发展的新趋势。由于微型化的飞行器在众多领域中具有不可估量的应用潜力，因此许多世界发达国家已经开始将微型飞行器技术列为研究的重点[2]。对于微型化的飞行器，由于其特征尺度已远小于传统的飞行器，许多传统的飞行器设计理论和方法将不再适用[3]，飞行器的微型化将面临诸多的来自科学和技术上的挑战。在科学技术飞速发展今天，各学科交叉渗透，新技术新材料层出不穷，为微型飞行器的发展提供了巨大的机遇。第Ⅰ页共Ⅰ页1.1微型飞行器的研究概况1.1.1微型飞行器的由来微型飞行器(MAVs)的概念最早出现于1992年美国国防高级研究计划局(DARPA)在兰德公司(RAND)举办的一个关于未来军事技术的研讨会。会后该公司出版的研究报告认为，携有微小传感器，尺寸极小的侦察飞行器的设想是可以实现的，发展尺度位于昆虫量级的微型飞行系统对美国在未来保持军事领先具有重要意义[4]。在此后的两年，麻省理工学院(MIT)的林肯实验室(LincolnLaboratory)和美国海军研究实验室(NRL)对微型飞行器技术上的可行性进行了更为深入的评估，他们的研究小组得出了与兰德公司一致的结论，即发展微型飞行侦察系统具有技术可行性。同时，林肯实验室的工程师们提出了他们的一种微型飞行器的概念设计(参见附录图1)。林肯实验室的研究结果促使DARPA在1995年秋季召开了关于微型飞行器可行性的专题讨论会，此次会议得出了肯定性的结论。DARPA也由此而制定了一项旨在发展微型飞行器的计划。1996年3月，DARPA向美国工业界作了简要介绍并于同年10月举办了用户和研究单位之间有关这一问题的讨论会。经过这一系列研讨会，专家们认为微型飞行器系统应该具有以下特点：一、应是适合军用的系统；二、能携带全天候的近距离成像系统，分辨率应足以使操作人员分辨出发送区内的重要细节；三、应具有准确确定地理位置的能力；四、重量轻，坚固耐用，以便能够放在士兵的背包里携带；五、价格低廉，甚至可一次性使用；六、隐蔽性好，不易被敌人发现，不应暴露使用人员的位置[5]。同时，专家们认为在未来三年内可以实现的微型飞行器的总体参数为：特征尺寸(机身长度或翼展)6～15厘米，重量10～100克，有效载荷1～18克，巡航速度30～60公里/小时，续航时间20～60分钟，最大航程为1～10公里；微型飞行器采用固定翼布局而非扑翼布局。前期进行的几轮富有成效的研讨会使DARPA意识到开展微型飞行器技术研究的重要性以及研制生产微型飞行器的现实可行性。1997年起，DARPA通过SBIR项目开始增加投资，加大对微型飞行器技术的研究力度。1997财政年度，DARPA向工业界和学术界进行项目招标，开始实施一项耗资3500万美元，为期四年的微型飞行器研究计划。参与竞标的单位包括美国国内众多大学的研究实验室，航空航天业第Ⅰ页共Ⅰ页界的公司以及其它一些小型企业[6]。微型飞行器概念一经美国提出，便立即引起世界上许多国家的广泛关注，如澳大利亚，俄罗斯，印度，以色列等。他们纷纷成立专门研究机构，投入研究经费，开始微型飞行器及其相关技术的研究。1.1.2微型飞行器的基本特征和应用前景与常规无人飞行器相比。由于微型飞行器具有体积小，隐蔽性好重量轻，成本低，功能强，携带方便，操作简单等突出特点，因此无论是在军事领域还是在民用领域，它都有十分诱人的应用前景。在军事领域，微型飞行器主要有以下几方面的应用前景：首先，微型飞行器可用于低空或近距离的侦察和监视，这也是研制它的最重要的目的之一。其次，微型飞行器能够承担通信中继，电子干扰和对地攻击等任务[7]。此外，微型无人机还可用于目标指示，核武器和生化武器的探测等。特别地，由于微型无人机能够在城市建筑物群中以缓慢的速度飞行，可飞抵甚至停留在建筑物内进行侦察，探测和查找建筑物内部的敌方人员或恐怖分子，因此，它在未来的城区战场和反恐军事行动中具有极为广阔的应用前景。在民用领域，微型飞行器除了可用于通信中继、环境监测、灾情的监测等，还可用于交通道路监控、边境巡逻与控制、毒品禁运、农业勘测、大型牧场巡逻、城区监视、航空摄影等[8]。可以看到，微型飞行器技术作为又一种拓展侦测能力的技术，它将是一项具有良好发展前途和广阔应用前景的高科技含量的新技术。1.1.3微型飞行器技术研究现状按总体布局方案来分，现有的微型飞行器主要可以分为传统的固定翼式布局，旋翼式布局和仿生扑翼式布局[9]。采用传统的固定翼式布局的典型微型飞行器主要有美国AeroVironment公司的BlackWidow，Sanders公司的MicroSTAR等。这里只对BlackWidow进行简要的介绍：BlackWidow是AeroVironment公司按照DARPA提出的微型飞行器技术要求而研制出的一种微型飞机。翼展15厘米的碟型BlackWidow原型机于1996年春完成第Ⅰ页共Ⅰ页了9秒钟的飞行。1997年11月，未携带有效载荷，飞行重量为40克，采用锂电池的BlackWidow飞行时间达到16分钟(见附录