专利名称：一种小型多用途无人机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种无人机，尤其涉及一种小型多用途无人机，可用于科研实验、遥感探测、航拍等任务，以及作为靶机使用。
背景技术：
无人机由于不需驾驶人员，可以执行许多有人机不便或无法执行的任务，具有体积小、造价低、使用方便。对环境要求低、生存能力强等优点，目前已得到越来越广泛的应用。俄罗斯的“妖精-D”多用途无人机是在莫斯科航空学院代号为“距离”的远程无人机研究项目背景下研制的，该机翼展5. 86米，机身长5. 4米，重360公斤，飞行速度80-195公里/小时，航程120公里。W-50型无人机，可配备彩色摄像机、红外热像仪、数码相机等设·备，广泛应用于森林防火监察、牧场渔场巡视、城市规划航测、国界边境巡逻、打击走私监控等任务。加装特殊设备后，还可完成无线通信中继、电子对抗模拟、地球物理实验、气象要素取样及科学探险考察等任务，主要技术参数为翼展4. 8米，机长3. 4米。目前国内公开的一项专利技术一种小型多用途无人机，可用于执行科研实验、遥感探测和空中航拍等飞行任务。该无人机具有如下特点续航时间较长，便于开展对航时要求较高的飞行任务；使用简单，便于操纵；稳定性较好，适合搭载自动驾驶仪、航拍相机、摄像机等设备。然而，现有多用途无人机主要用于民用领域，其设计并未考虑民用领域之外的其它用途，例如携带包括红外增强器和诱饵弹在内的任务设备，执行空空武器空中机动目标训练任务，或者进行高空长航时的侦察任务等。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种小型多用途无人机。本实用新型的小型多用途无人机，包括机体、动力分系统、飞控分系统、电气分系统、测控分系统、任务分系统和回收伞装置，所述机体包括机身、机翼、尾翼、垂直尾翼；机身截面为长方形；机翼为具有中等展弦比、非对称翼型、上单翼布置的平直机翼，机翼分内翼和外翼两部分，外翼可拆卸；尾翼为非对称翼型、矩形平面形状，设置在机身后部，0°安装角，后缘设置升降舵；垂直尾翼为对称翼型、梯形平面形状，设置在机身后部垂直对称面上。所述机翼为整体机翼，单梁和多双墙式结构，梁为金属与航空层板混合结构，墙为轻木与玻璃钢混合结构；机翼蒙皮采用玻璃钢蜂窝夹心材料组成上下壁板；在副翼悬挂处进行特殊加强；平尾和垂尾均采用木质单梁泡沫夹心玻璃钢结构，设置上、下2个木质翼肋，后缘用轻木条封口 ；副翼为木质单梁泡沫夹心玻璃钢结构，各部件结构连接接头均采用金属制件，用螺栓连接。所述机身内部用航空层板分隔为多个舱段。从而可根据不同用途灵活方便地调整机身背部空间布置。所述动力分系统包括发动机、螺旋桨、起动装置以及发动机供油装置；所述发动机为双缸对置二冲程气冷式发动机，安装于机身头部；所述螺旋桨为二叶木质定距拉力式螺旋桨；所述启动装置为手持式电动起动机；所述发动机供油装置包括机上燃油装置和地面燃油快速加注装置，机上燃油装置包括燃油箱、燃油滤和燃油管，燃油箱为软式油箱，油箱设有出油口、放油开关、连通到机翼后端且带有单向自封闭功能的加油口。所述飞控分系统包括垂直陀螺、角速率陀螺、GPS接收机、飞控计算机、电动伺服舵机和气压高度传感器。所述机身下部安装有火箭助推器，位于无人机重心偏后的位置。所述测控分系统包括MDS无线数传电台和机载垂直极化中心馈电天线。相比现有技术，本实用新型的小型多用途无人机具有以下优点(I)低成本研制，以成熟技术为基础，在满足技术指标要求的前提下，选用低成本的配套部件，降低生产成本；在设计过程中贯彻通用化、模块化、标准化设计准则，尽可能减小技术风险，降低研制成本。(2)能够实现靶机与机载火控系统、靶场地面指挥系统之间的数据通讯，实现靶机搭载的目标增强装置与红外诱饵弹的联动投放，对红外对抗型武器测试和战术训练起到关键重要作用。(3)由于采用单发固体火箭助推发射型式，控制无人机实现发射升空平稳，伞降回收安全，对起降条件要求较低。(4)本实用新型的多用途无人机除了能够应用于民用领域之外，还可携带包括红外增强器和诱饵弹在内的任务设备，执行空空武器空中机动目标训练任务，是国内新型空中机动目标模拟飞行器，具有外形尺寸大，任务载荷大、航时长，可以用作空中目标特征模拟、空中侦察、空中运载平台等。
图I为本实用新型小型多用途无人机的外形示意图；图2为本实用新型小型多用途无人机的机身内部布局示意图；图3为本实用新型小型多用途无人机的动力分系统组成框图；图4为本实用新型小型多用途无人机的飞控分系统组成框图；图5为本实用新型小型多用途无人机的电气分系统组成框图；图6为遥控数据帧结构；图7为本实用新型小型多用途无人机的回收伞装置的组成框图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的技术方案进行详细说明本实用新型的小型多用途无人机包括机体、动力分系统、飞控分系统、电气分系统、测控分系统、任务分系统和回收伞装置。本实用新型的小型多用途无人机机体外形如图I所示，包括机身、机翼、尾翼、垂直尾翼；机身截面为长方形；机翼为具有中等展弦比、非对称翼型、上单翼布置的平直机翼，机翼分内翼和外翼两部分，外翼可拆卸；尾翼为非对称翼型、矩形平面形状，设置在机身后部，0°安装角，后缘设置升降舵；垂直尾翼为对称翼型、梯形平面形状，设置在机身后部垂直对称面上。所述机翼为整体机翼，单梁和多双墙式结构，梁为金属与航空层板混合结构，墙为轻木与玻璃钢混合结构；机翼蒙皮采用玻璃钢蜂窝夹心材料组成上下壁板；在副翼悬挂处进行特殊加强；平尾和垂尾均采用木质单梁泡沫夹心玻璃钢结构，设置上、下2个木质翼肋，后缘用轻木条封口 ；副翼为木质单梁泡沫夹心玻璃钢结构，各部件结构连接接头均采用金属制件，用螺栓连接。机体除主要承力构件外均采用复合材料结构。机身为薄壁壳体,通过轻木材质的梁、桁等纵向构件和横向框板组成受力结构，框板为航空层板，可根据机载设备和任务设备安装情况布置，根据各舱位设备情况在机身上设置口盖；机身、机翼对接框等关键受力部位采用金属结构件局部加强。机身下部安装有火箭助推器，位于无人机重心偏后的位置。机身内部用航空层板分隔为多个舱段。从而可根据不同用途灵活方便地调整机身背部空间布置。以无人靶机为例，如图2所示，整个机身内部用航空层板分隔为8个舱段。 发动机舱为第一舱段，位于机身的头部；第二舱段内为仪表舱，包括陀螺、电源转换盒、油门舵机，第三舱段为仪表舱，包括飞控计算机、GPS接收器及接收天线、数据传输电台；第四舱段为任务设备舱，即目标增强器安装舱，安装有红外增强器，红外增强器突出机身，和机身呈30°夹角；第五舱段为油箱，位于机身中段全机重心附近；第六舱段内为电气舱，包括机载发电机、电源变换器、蓄电池、输配电盒(汇流盒)等设备；第七舱段内为任务设备舱，安装有诱饵弹及其控制装置；第八舱段为伞舱，回收伞装置设置于机身后部。本实用新型无人机的动力分系统，如图3所示，包括发动机、螺旋桨、起动装置以及发动机供油装置。发动机选用(FL350)22hp、重量< IOkg (干重)的双缸对置二冲程气冷式发动机，安装于机身头部。螺旋桨参数需要根据发动机高度特性和飞机主要飞行状态的高度、速度等参数计算和试验确定，由于火箭助推发射的需要，本具体实施方式
采用二叶木质直径为700mm的定距拉力式螺旋桨。所述启动装置为手持式电动起动机。发动机供油装置包括机上燃油装置和地面燃油快速加注装置，机上燃油装置包括燃油箱、燃油滤和燃油管，燃油箱为软式油箱，油箱设有出油口、放油开关、连通到机翼后端且带有单向自封闭功能的加油口。本实用新型无人机的飞控分系统，如图4所示，包括垂直陀螺、角速率陀螺、GPS接收机、飞控计算机、电动伺服舵机和气压高度传感器。其主要特点如下a)采用姿态传感器测定无人机的姿态信息，通过飞控内回路达到稳定无人机飞行姿态及航向角的稳定，并具有灵活的操纵特性。b)采用气压高度和GPS接收机测定的飞行高度信息，通过飞控高度稳定回路来稳定飞行高度。c)采用GPS接收机测定的无人机当前的位置信息，通过遥测信道下传到地面测控站，由领航员通过遥控信道上传给无人机，可以实现爬高、平飞、下滑、向左、向右、直飞等动作，引导无人机到预定的航区执行干扰侦察等任务。d)按预先装订的飞行航线，实现三维的自主飞行，并具有航线装订的回检功能；若GPS信号失锁，通过测控终端操纵无人机飞回着陆场，或立即实现应急伞降回收。e)控制无人机实现发射升空平稳，以及伞降回收安全。[0038]f)具有良好的安全控制功能。g)具有快速检测功能。h)具有将飞行信息通过串口传输给遥控/遥测设备与地面检测设备。本实用新型无人机的电气分系统如图5所示，包括机载发电机、电源变换器、蓄电池、输配电盒、地面供电测试系统和地面发电机(含相关电缆)。电气分系统的主要技术指标如下a)直流电源22V 30V DC ；b)发电机功率彡200W; c)平均故障间隔时间TBF彡300h ；d)平均修复时间MCT彡0.5h;e)重量要求(2Kg。电气分系统的主要功能a)完成发电机电压的自动调节，并完成发电机投入电网和从电网脱离；b)自动实现应急电源对飞控分系统等关键设备供电；c)根据配电要求，自动实现汇流条和继电器的控制；d)实现发电机与蓄电池的并联运行；e)完成机上用电设备供电和各分系统之间信号传输；f)接受飞控计算机指令控制发动机停车；g)接受飞控计算机指令控制回收装置的火工品；h)地面供电时反极性保护。由于靶机无人机系统采用28V直流电源，所以选取低压直流电源作为靶机无人机系统主电源。蓄电池采用镍铬蓄电池组，可反复充电使用，能满足应急供电要求。本实用新型无人机的测控分系统选用MDS无线数传电台(半双工)作为上、下无线电信道，通过分别设置信道上、下的工作频率，能实现机载单天线完成机载遥控接收和遥控发射。机载天线采用垂直极化中心馈电天线。测控分系统主要技术指标如下a)遥测帧长 32字节；b)码速率19. 2kbps ；c)数据刷新率 12. 5帧/s ;d)传输误码率 I X 10-5 ；e)作用距离大于25km ；f)工作频率 900MHz ；g)电源28V/3A ；h)外形参考尺寸 IOcmX8cmX 18cm ;i)重量小于 I. 58kg ；j)发射功率5W ；k)接收灵敏度 -IlOdBmI)工作温度 -2(TC +5(TC;[0072]m)贮存温度 -2(TC +55°C;n)湿度90±3% (+35°C );0)振动曲线(15 2000Hz，随机振动)；p)轴向过载彡2g;q)法向过载彡4g (冲击)。测控分系统主要功能a)实现对无人机的飞行状态和机载设备工作状态的实时遥控；b)实现对无人机的飞行状态和机载设备工作状态的实时遥测(包括GPS数据和遥控指令回报)； c)实现无人机的飞行航迹、遥测参数的实时显示、记录和回放。测控分系统与飞控计算机采用RS232标准通讯接口，波特率为19200bps，数据位8位，无校验位，每帧长为32个字节。遥控帧结构如图6所示。上行遥控为突发方式，有指令时连发7帧(帧计数器每帧加I)。遥控数据说明如下A.同步码 EB9O;B.遥控开关指令+加扰调制码；C.任务开关指令+加扰调制码；D.数据注入码；E.注入数据分组码；F.注入数据；G.连续指令备份；H.帧计数器；
32I 模 256 和校验() mod 256 = O。
i=l数据注入码D OOh无数据 Alh A7h 航迹注入(I 3条) Blh B7h 航迹查询(I 3条)的整条或某点 Clh C7h 设置航线及起点(I 3条的某点) 93h地面气压高度 9Bh磁偏角 航迹注入(输入航线及起点)时，数据分组码E为Id IOOd分别对应I 100航点，相应航线由D中内容(Clh C7h)确定，后续数据为相应经纬度、高度； 设置航线及起点时，数据分组码E为Id IOOd分别对应I 100航点，相应航线由D中内容(Clh C7h)确定； 航线I为自主飞行航线； 航线2为通场飞行的双向航线； 航线3为完成飞向回收场地并自动回收的航线。本实用新型无人机的回收伞装置，如图7所示，包括回收伞、伞舱及伞舱盖、舱盖锁闭及开启机构、伞与飞机连接机构、引导伞开伞机构。回收伞选用南京513厂的十字形定型伞作适当改进，其主要性能指标为a)回收速度180km/h ；b)回收高度>100m;c)回收质量90kg ；d)回收伞最大开伞过载3g ；e)最大着陆速度6m/s ；
f)最大着陆过载4g ;g)回收伞质量彡2. 5kg;h)回收伞包装体积彡0.01m3;引导伞设计为0. 5m2的方形伞。方形伞的优点是阻力系数较大，稳定性比圆形伞好。主伞设计为SOm2的十字形伞。十字形伞稳定性特别好，制造工艺简单，开伞动载较小，但对称性要求高，重量和体积较大。连接带采用高强开夫拉织物，伞衣采用高强锦丝织物，伞绳采用超高强聚乙烯材料，以减轻伞的重量。伞与飞机连接机构采用前后二点连接方式，飞机着陆稳定性较好，连接带走向设计对飞机结构影响较小。引导伞开伞机构在伞舱盖的背面装上引导伞开伞机构，使引导伞尽量远离飞机，减少飞机对引导伞等的干扰，提高引导伞的工作可靠性。
权利要求1.一种小型多用途无人机，包括机体、动力分系统、飞控分系统、电气分系统、测控分系统、任务分系统和回收伞装置，其特征在于，所述机体包括机身、机翼、尾翼、垂直尾翼；机身截面为长方形；机翼为具有中等展弦比、非对称翼型、上单翼布置的平直机翼，机翼分内翼和外翼两部分，外翼可拆卸；尾翼为非对称翼型、矩形平面形状，设置在机身后部，0°安装角，后缘设置升降舵；垂直尾翼为对称翼型、梯形平面形状，设置在机身后部垂直对称面上。
2.如权利要求I所述小型多用途无人机，其特征在于，所述机身内部用航空层板分隔为多个舱段。
3.如权利要求I所述小型多用途无人机，其特征在于，所述动力分系统包括发动机、螺旋桨、起动装置以及发动机供油装置；所述发动机为双缸对置二冲程气冷式发动机，安装于机身头部；所述螺旋桨为二叶木质定距拉力式螺旋桨；所述启动装置为手持式电动起动机；所述发动机供油装置包括机上燃油装置和地面燃油快速加注装置，机上燃油装置包括燃油箱、燃油滤和燃油管，燃油箱为软式油箱，油箱设有出油口、放油开关、连通到机翼后端且带有单向自封闭功能的加油口。
4.如权利要求I所述小型多用途无人机，其特征在于，所述飞控分系统包括垂直陀螺、角速率陀螺、GPS接收机、飞控计算机、电动伺服舵机和气压高度传感器。
5.如权利要求I所述小型多用途无人机，其特征在于，所述机翼为整体机翼，单梁和多双墙式结构，梁为金属与航空层板混合结构，墙为轻木与玻璃钢混合结构；机翼蒙皮采用玻璃钢蜂窝夹心材料组成上下壁板；在副翼悬挂处进行特殊加强；平尾和垂尾均采用木质单梁泡沫夹心玻璃钢结构，设置上、下2个木质翼肋，后缘用轻木条封口 ；副翼为木质单梁泡沫夹心玻璃钢结构，各部件结构连接接头均采用金属制件，用螺栓连接。
6.如权利要求I所述小型多用途无人机，其特征在于，所述机身下部安装有火箭助推器，位于无人机重心偏后的位置。
7.如权利要求I所述小型多用途无人机，其特征在于，所述测控分系统包括MDS无线数传电台和机载垂直极化中心馈电天线。
专利摘要本实用新型公开了一种小型多用途无人机。本实用新型的小型多用途无人机包括机体、动力分系统、飞控分系统、电气分系统、测控分系统、任务分系统和回收伞装置，所述机体包括机身、机翼、尾翼、垂直尾翼；机身截面为长方形；机翼为具有中等展弦比、非对称翼型、上单翼布置的平直机翼，机翼分内翼和外翼两部分，外翼可拆卸；尾翼为非对称翼型、矩形平面形状，设置在机身后部，0o安装角，后缘设置升降舵；垂直尾翼为对称翼型、梯形平面形状，设置在机身后部垂直对称面上。本实用新型的小型多用途无人机具有成本低廉、用途广泛、环境适应性强等优点。
文档编号B64C39/00GK202574620SQ20112045580
公开日2012年12月5日 申请日期2011年11月17日 优先权日2011年11月17日
发明者浦黄忠, 甄子洋, 王道波, 李猛 申请人:南京航空航天大学