探討小型無人機的機械設計

蔣然

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

關(guān)鍵詞：小型無人機；遙控設備；機械設計

中圖分類號：TP391.8 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）02-0081-01

1 小型無人機的機械設計理念

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

小型無人機的機械設計理念應該從以下幾個方面考慮：無人機的機身體積；材料的重量；材料的力學性能；整機使用的方便性；整機的自主處理能力；機身結(jié)構(gòu)對環(huán)境的適應性；便于維修的難易程度。

如何設計出重量輕、體積小、使用方便、帶載能力強、集成度高、對作戰(zhàn)環(huán)境要求低以及生存能力較強的小型無人機是設計人員們共同追求的目標。

小型無人機在用途和使用范圍上的機械設計理念，是要保證能實現(xiàn)最基本的飛行的前提下適應更多的不同環(huán)境和實現(xiàn)更多的功能。

2 小型無人機的機械設計方法

傳統(tǒng)的無人機采用一體式設計理念，在機翼的受力控制上得到了很好的效果，但與此同時增大了機身的空間占有率。對于現(xiàn)在的無人機，可以從以下幾個方面對機械部件進行優(yōu)化設計和改進：

2.1 從合理的選取材料的角度進行優(yōu)化設計

從材料的強度和剛度的角度出發(fā)，選取強度較高的、剛度較好的材料進行設計加工。在加工中可以利用先進的加工技術(shù)和先進的材料制造技術(shù)進行對材料的生產(chǎn)和加工。對于小型無人機的機械設計者來說，減少材料的質(zhì)量是他們的共同目標，力求在保證剛度和強度的情況下使所用材料的質(zhì)量最小化。而采用先進的復合材料技術(shù)，是解決飛機結(jié)構(gòu)設計上減小質(zhì)量的新方法和新途徑?；蛘卟捎弥悄懿牧霞夹g(shù)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的變形材料，也是對機身質(zhì)量縮減的有效途徑。

2.2 從無人機的體積以及靈活性角度進行優(yōu)化設計

采用變體折疊式機翼可以有效的減小無人機的體積。而變體折疊式機翼又可以考慮折疊方式多樣化和折疊機構(gòu)智能化兩個方向進行優(yōu)化設計。

可以利用現(xiàn)有的高端技術(shù)與折疊式無人機技術(shù)進行結(jié)合。從而實現(xiàn)智能化、低成本、多用途的發(fā)展。同時也要加大對折疊機翼折疊展開過程的氣動過程結(jié)構(gòu)的耦合效應進行大力的探索，以及對過載保護元件和抗高過載機構(gòu)的合理設計及試驗研究，從而在微小型折疊機構(gòu)的設計方案和控制過程模擬方案上實現(xiàn)折疊機翼無人機方案的多學科性設計和綜合優(yōu)化設計以及在設計過程中對成本進行控制。

利用仿生學原理，對機翼進行優(yōu)化設計。從而實現(xiàn)隨著飛行環(huán)境的變化，逐漸自適應地變化翅膀后掠角、表面外形和面積，以實現(xiàn)最佳的翼載荷配置效果，最終實現(xiàn)提高飛行效率的目的。變體折疊式機翼技術(shù)可以使機翼實現(xiàn)智能化動作變形，實現(xiàn)在不同飛行任務和不同飛行環(huán)境的安全有效的運行。采用變體折疊式機翼設計方案，在氣動性能、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 進行模塊化設計

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)進行模塊化劃分和設計，可以把無人機的主控模塊、接口模塊、傳感器模塊、電源模塊以及舵機模塊進行區(qū)分和單獨設計。減小系統(tǒng)的耦合度，從而實現(xiàn)無人機硬件系統(tǒng)的模塊化設計。

進行模塊化設計，可以在對小型無人機硬件進行更新和改裝的情況下縮短工作周期，而且也便于對硬件的再利用操作。采用模塊化設計方案，也可以有利于對小型無人機的維護和維修。

3 未來小型無人機的發(fā)展趨向

小型無人機的實用范圍在不斷的拓展，而能設計出小型化的無人機，可以有利于在軍事上的應用。折疊機構(gòu)小型無人機的適用范圍也在不斷拓寬。它可以通過合理的過載保護手段和有效的結(jié)構(gòu)設計技術(shù)，來實現(xiàn)折疊機翼無人機能在一定的環(huán)境下承受遠高于有人駕駛飛機的過載量，而且折疊機構(gòu)小型無人機正在朝著低成本化的方向不斷邁進。這樣的好處在于，利用低成本化的設計，可以有效的擴大小型無人機的市場和使用范圍。

根據(jù)國內(nèi)、外對無人機的研究和發(fā)展的狀況來看，無人機趨向小型化是必然的趨勢。而且在對無人機的用途和使用范圍上也在不斷的拓展。小型無人機的機械硬件系統(tǒng)都向著模塊化、小型化方向迅猛的發(fā)展。比之國外的技術(shù)，國內(nèi)的小型無人機控制系統(tǒng)中的傳感器的精度還有待進一步提高，機械部件的體積、重量還有待進一步縮減，而對于功耗和集成度方面，也要加大投入，不斷的突破，這樣我們的小型無人機才能在世界上利于不敗之地。

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