探討小型無(wú)人機(jī)的機(jī)械設(shè)計(jì)

蔣然

摘 要：信息技術(shù)的發(fā)展，使得人類在無(wú)人機(jī)技術(shù)的探索道路上得到不斷的發(fā)展。也使無(wú)人機(jī)的種類和使用途徑更加的廣泛化。這就要求設(shè)計(jì)人員在對(duì)無(wú)人機(jī)的設(shè)計(jì)方面注入更多的想法。文章主要從硬件的機(jī)械設(shè)計(jì)方向進(jìn)行闡述如何進(jìn)行小型化設(shè)計(jì)，主要介紹一種可折疊式小型飛行無(wú)人機(jī)的硬件設(shè)計(jì)與優(yōu)化方案。以及對(duì)小型無(wú)人機(jī)的機(jī)械部件進(jìn)行優(yōu)化后的展望。

關(guān)鍵詞：小型無(wú)人機(jī)；遙控設(shè)備；機(jī)械設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP391.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）02-0081-01

1 小型無(wú)人機(jī)的機(jī)械設(shè)計(jì)理念

小型無(wú)人機(jī)又稱空中機(jī)器人，它是指小型自主飛行無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，包括軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)。如何從硬件系統(tǒng)上進(jìn)行優(yōu)化是無(wú)人機(jī)走向小型化必須要解決的問題。

小型無(wú)人機(jī)的機(jī)械設(shè)計(jì)理念應(yīng)該從以下幾個(gè)方面考慮：無(wú)人機(jī)的機(jī)身體積；材料的重量；材料的力學(xué)性能；整機(jī)使用的方便性；整機(jī)的自主處理能力；機(jī)身結(jié)構(gòu)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性；便于維修的難易程度。

如何設(shè)計(jì)出重量輕、體積小、使用方便、帶載能力強(qiáng)、集成度高、對(duì)作戰(zhàn)環(huán)境要求低以及生存能力較強(qiáng)的小型無(wú)人機(jī)是設(shè)計(jì)人員們共同追求的目標(biāo)。

小型無(wú)人機(jī)在用途和使用范圍上的機(jī)械設(shè)計(jì)理念，是要保證能實(shí)現(xiàn)最基本的飛行的前提下適應(yīng)更多的不同環(huán)境和實(shí)現(xiàn)更多的功能。

2 小型無(wú)人機(jī)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法

傳統(tǒng)的無(wú)人機(jī)采用一體式設(shè)計(jì)理念，在機(jī)翼的受力控制上得到了很好的效果，但與此同時(shí)增大了機(jī)身的空間占有率。對(duì)于現(xiàn)在的無(wú)人機(jī)，可以從以下幾個(gè)方面對(duì)機(jī)械部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和改進(jìn)：

2.1 從合理的選取材料的角度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)

從材料的強(qiáng)度和剛度的角度出發(fā)，選取強(qiáng)度較高的、剛度較好的材料進(jìn)行設(shè)計(jì)加工。在加工中可以利用先進(jìn)的加工技術(shù)和先進(jìn)的材料制造技術(shù)進(jìn)行對(duì)材料的生產(chǎn)和加工。對(duì)于小型無(wú)人機(jī)的機(jī)械設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，減少材料的質(zhì)量是他們的共同目標(biāo)，力求在保證剛度和強(qiáng)度的情況下使所用材料的質(zhì)量最小化。而采用先進(jìn)的復(fù)合材料技術(shù)，是解決飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上減小質(zhì)量的新方法和新途徑。或者采用智能材料技術(shù)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的變形材料，也是對(duì)機(jī)身質(zhì)量縮減的有效途徑。

2.2 從無(wú)人機(jī)的體積以及靈活性角度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)

采用變體折疊式機(jī)翼可以有效的減小無(wú)人機(jī)的體積。而變體折疊式機(jī)翼又可以考慮折疊方式多樣化和折疊機(jī)構(gòu)智能化兩個(gè)方向進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

可以利用現(xiàn)有的高端技術(shù)與折疊式無(wú)人機(jī)技術(shù)進(jìn)行結(jié)合。從而實(shí)現(xiàn)智能化、低成本、多用途的發(fā)展。同時(shí)也要加大對(duì)折疊機(jī)翼折疊展開過程的氣動(dòng)過程結(jié)構(gòu)的耦合效應(yīng)進(jìn)行大力的探索，以及對(duì)過載保護(hù)元件和抗高過載機(jī)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究，從而在微小型折疊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案和控制過程模擬方案上實(shí)現(xiàn)折疊機(jī)翼無(wú)人機(jī)方案的多學(xué)科性設(shè)計(jì)和綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)以及在設(shè)計(jì)過程中對(duì)成本進(jìn)行控制。

利用仿生學(xué)原理，對(duì)機(jī)翼進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。從而實(shí)現(xiàn)隨著飛行環(huán)境的變化，逐漸自適應(yīng)地變化翅膀后掠角、表面外形和面積，以實(shí)現(xiàn)最佳的翼載荷配置效果，最終實(shí)現(xiàn)提高飛行效率的目的。變體折疊式機(jī)翼技術(shù)可以使機(jī)翼實(shí)現(xiàn)智能化動(dòng)作變形，實(shí)現(xiàn)在不同飛行任務(wù)和不同飛行環(huán)境的安全有效的運(yùn)行。采用變體折疊式機(jī)翼設(shè)計(jì)方案，在氣動(dòng)性能、安全性能、環(huán)保性能和使用效能方面也有一定的效果。

2.3 進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)

在小型飛行控制系統(tǒng)硬件中處理器是它的核心部件。我們可以以處理器為核心，將控制系統(tǒng)進(jìn)行模塊化劃分和設(shè)計(jì)，可以把無(wú)人機(jī)的主控模塊、接口模塊、傳感器模塊、電源模塊以及舵機(jī)模塊進(jìn)行區(qū)分和單獨(dú)設(shè)計(jì)。減小系統(tǒng)的耦合度，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)硬件系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)。

進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，可以在對(duì)小型無(wú)人機(jī)硬件進(jìn)行更新和改裝的情況下縮短工作周期，而且也便于對(duì)硬件的再利用操作。采用模塊化設(shè)計(jì)方案，也可以有利于對(duì)小型無(wú)人機(jī)的維護(hù)和維修。

3 未來(lái)小型無(wú)人機(jī)的發(fā)展趨向

小型無(wú)人機(jī)的實(shí)用范圍在不斷的拓展，而能設(shè)計(jì)出小型化的無(wú)人機(jī)，可以有利于在軍事上的應(yīng)用。折疊機(jī)構(gòu)小型無(wú)人機(jī)的適用范圍也在不斷拓寬。它可以通過合理的過載保護(hù)手段和有效的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)折疊機(jī)翼無(wú)人機(jī)能在一定的環(huán)境下承受遠(yuǎn)高于有人駕駛飛機(jī)的過載量，而且折疊機(jī)構(gòu)小型無(wú)人機(jī)正在朝著低成本化的方向不斷邁進(jìn)。這樣的好處在于，利用低成本化的設(shè)計(jì)，可以有效的擴(kuò)大小型無(wú)人機(jī)的市場(chǎng)和使用范圍。

根據(jù)國(guó)內(nèi)、外對(duì)無(wú)人機(jī)的研究和發(fā)展的狀況來(lái)看，無(wú)人機(jī)趨向小型化是必然的趨勢(shì)。而且在對(duì)無(wú)人機(jī)的用途和使用范圍上也在不斷的拓展。小型無(wú)人機(jī)的機(jī)械硬件系統(tǒng)都向著模塊化、小型化方向迅猛的發(fā)展。比之國(guó)外的技術(shù)，國(guó)內(nèi)的小型無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)中的傳感器的精度還有待進(jìn)一步提高，機(jī)械部件的體積、重量還有待進(jìn)一步縮減，而對(duì)于功耗和集成度方面，也要加大投入，不斷的突破，這樣我們的小型無(wú)人機(jī)才能在世界上利于不敗之地。

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