两栖倾转翼无人机结构设计及运动控制研究

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近年来,倾转旋翼无人机因为既有旋翼垂直起降的优势、又有固定翼远距离快速飞行能力,逐渐成为无人机领域的研究热点。现有倾转旋翼无人机机构形式多为在固定翼无人机外部添加多副旋翼,增加了无人机自身的重量。同时倾转旋翼无人机在飞行过程中,旋翼下洗流作用在固定翼上表面,使固定翼上下表面压力差变小,降低了固定翼的升力。
  本文提出的两栖倾转翼无人机弥补了倾转旋翼的缺陷,有效避免了旋翼产生的下洗流对固定翼造成的影响。解决方法为:将旋翼安装在固定翼翼梁上,既能节省旋翼支架重量,又能实现旋翼与固定翼同步倾转。同时,本文在倾转翼无人机腹部安装地面运动机构,使无人机不仅具有飞行模式,还可以用地面前进的方式接近目标,降低了能量的损耗,使倾转翼无人机成为一种两栖无人机。本文主要工作如下:
  (1)针对两栖倾转翼无人机的运动特性,本文提出了相应设计方案,对无人机的倾转机构和地面运动机构进行设计。对固定翼与旋翼进行参数选择,计算无人机起飞重量并验证了无人机的动力性能,为无人机实物飞行提供依据。
  (2)对两栖倾转翼无人机进行了动力学建模与参数辨识。对无人机的旋翼和固定翼分别建立了空气动力学模型,再将空气动力学模型转换到机体坐标系中表示。对模型中的电机拉力、舵机角度、转动惯量等参数进行辨识。
  (3)基于设计出的三维图进行实物搭建,并对重要结构进行详细安装说明,在地面运动、旋翼垂直起降和旋翼-固定翼倾转过渡三种场景下进行试验。试验证明本文设计的两栖倾转翼无人机可以实现地面运动、旋翼垂直起降与旋翼-固定翼倾转过渡。
  本文在倾转旋翼无人机的基础上设计出一款倾转翼无人机,并添加地面运动机构,将倾转翼无人机改进为两栖倾转翼无人机。实验证明本文所设计的无人机具备在陆地与空中运动的能力,为以后执行任务时无人机需要的多种工作模式提供了一种新的思路,增加了完成任务的成功率。
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