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超轻型大载荷无人机的设计与实现作者：黄嘉豪陈子杰黄科超来源：《科技创新导报》2017年第32期摘要：本文以超轻型载重无人机作为研究重点。
分析行业研究文献与固定翼无人机行业，对固定翼无人机的结构展开多角度探讨，包括无人机材料、受力、装配方式等方面。
以“减轻每一克重量”为核心思想，使用高弹性轻质工程木质为主体材料，提出高韧性碳纤维复合材料和凯夫拉原丝复合材料进行缠扰补强的方案，设计一款翼展达3.1m，机身1.8m长，整机重量仅970g，电机拉力峰值达4.3kg，载荷比达到5以上的固定翼无人机。
该飞行器采用了S1223高升力翼型为飞机提供足够的升力。
经测试，该固定翼无人机飞行效率好、性价比高，给未来固定翼大载荷的无人机设计带来一个新方向。
关键词：无人机超轻型大载荷碳纤维复合材料凯夫拉复合材料中图分类号：V279 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）11（b）-0012-021 无人机轻型结构具体设计1.1 动力方面的设计第一步对各个参量进行设置，设载重量W1=6kg，空机质量Wa=1kg，按设计规定推重比一定要适当，预取推重比Kf=T/W1+Wa=0.4，知拉力T应保持在2.8～3kgf这个范围内。
常规翼型其升阻比最好保持在50以上，通常情况下这个参量不会考虑诱导阻力这方面的影响，但是却在这种高升力飞机上占比相当大。
除此之外，如果翼型精确度不高同样会使升阻比低于预计值。
就算是把对机翼有影响的所有阻力都考虑到，其他部位还是会构成阻力，比如机身下面水袋构成的压差阻力等。
还有一个要点必须注意：飞机不会一直处于平行飞行状态。
如果遇到下降气流这种情况，抛开其他因素和情况，只在爬升这个过程中就要借助巨大的升力，不然便不能达到起飞距离ld≤25m这个要求。
拉力产生的加速度，总加速度a=dv/dt，这里的Kd不是通过机翼参数算出来的，它是由方程计算，这里的代表阻力占重力之比，属于推重比中一个重要组成部分，估算得出大概为0.3，也就是说平飞油门保持75%（）。
一、课题背景现在和未来的飞行机器人设计方向是期望机器人是小巧的、手提的、可随身携带的，像昆虫一样超低空飞行，能够灵活地完成侦查和搜索任务。
随着空气动力学和MEMS 制作等技术的发展，飞行器的小型化、微型化的研究越来越引起重视，微型飞行器（MAV）的出现正是这些研究的产物。
MAV一般是指翼展长度在15cm左右，重量在几十克至上百克，有效载荷20g，航速64~80km/h，留空时间20~60min，航程数10km；它应有实时成像、导航及通讯能力，可用手、弹药或飞机部署。
由于微型化的飞行器在众多领域有不可估量的应用潜力，因此世界许多发达国家已经将MAV技术列为研究的重点。
1992年，美国兰德公司（RAND）提交DARPA的一份关于未来军事技术的研究报告首次提出了MAV的概念。
该报告认为，携有微小传感器、尺寸极小的侦察飞行器的设想可以实现的，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，MAV将会改变未来的战争模式。
此后，麻省理工学院(MIT)的林肯实验室(Lincoln Laboratory)和美国海军研究实验室(NRL)对MAV技术上的可行性进行了更为深入的评估，得出了与兰德公司一致的结论。
微型飞行器的概念唤起了巨大的研究热情，得到世界上许多国家的广泛关注，如澳大利亚、德国、日本、俄罗斯、印度、以色列等，他们继美国之后纷纷成立专门研究机构、投入研究经费。
二、MAV飞行方式的选择MAV通过机翼与周围空气的相互作用产生克服自身重力的升力，从而实现空中飞行之目的。
目前MAV根据其翼型运动方式的不同可分为3类，分别为固定翼、旋翼和扑翼。
固定翼MAV在空气动力学方面面临着不少技术问题。
由于尺寸限制，固定翼通常采用小展旋比机翼布局，升阻比较小，升力面积也比较小，而且MAV飞行的速度也比较小(人约lOm／s左右)，所以很难提供足够的升力。
由于尺寸小和航速低，MAV的流场雷诺数比常规的飞行器小得多，传统的空气动力学理论已经不再适用。
固定翼无人机的设计与应用固定翼无人机是目前无人机领域中的热门之一，它通过固定翼上的舵面实现机身的姿态调节，具有飞行速度快、航程长、稳定性好等特点，因此被广泛应用于农业、安防、测绘、电力巡检等领域。
下面将从设计和应用两个方面着手探讨固定翼无人机的相关问题。
一. 设计1. 机翼设计固定翼无人机的机翼是其最重要的部分之一，它的设计将直接决定无人机的飞行性能。
机翼主要有两种类型，分别是直翼和兼翼。
直翼无人机的机翼较宽，便于携带相机、传感器等设备，但速度较慢、灵活性较差；兼翼无人机则比直翼无人机速度快、灵活性强，但需要更多的动力才能保持飞行状态。
2. 微型化设计随着无人机技术的不断进步，固定翼无人机逐渐向微型化发展，这要求无人机各部件的设计更加精细。
比如，机翼需要更轻、更厚，以提高升力和稳定性；机体需要更小巧、更坚固，以提高飞行速度和操纵性能。
在微型化的过程中，电池、传感器、相机等设备也需要进行微型化设计，以减少负载的同时提升其功能性。
3. 通信技术在无人机的设计中，通信技术占据着重要的地位。
通信技术的不断发展，使得现代化的固定翼无人机能够实现遥控飞行、拍照等操作。
无人机的通信技术可以分为航空频段通信、蜂窝通信和卫星通信三种。
航空频段通信速度快、延迟低，但只能在短距离内传输；蜂窝通信覆盖范围广，但在信号弱的地方会出现信号中断等问题；卫星通信信号稳定、范围广，但成本较高。
二. 应用1. 自动航迹测绘固定翼无人机的应用领域十分广泛，在测绘领域中尤为突出。
利用三维像测图技术，固定翼无人机可以快速、准确地采集地表高程、地形、建筑物等数据，以快速更新地图、制作引线图等。
相比于传统的地面监测方法，固定翼无人机的效率更高，准确性更高。
2. 农业植保随着农业技术的发展，植保无人机已经成为了现代化农业的重要手段之一。
固定翼无人机在农业植保中可以快速、高效地喷洒农药，以更好地保护作物，同时还能采集作物生长数据进行分析，以优化农业生产效率。
咨询通告中国民用航空局航空器适航审定司编号：AC-21-AA-2015-25R1下发日期：2015年2月6日轻型运动航空器适航管理政策指南轻型运动航空器适航管理政策指南1. 目的本咨询通告提供轻型运动航空器的型号设计批准审定、生产许可审定、适航审定等相关的适航管理政策指南。
2. 依据本咨询通告依据《民用航空产品和零部件合格审定规定》（CCAR-21-R3）制定。
3. 撤销自2015年2月6日起，本咨询通告取代2009年5月5日生效的《轻型运动航空器适航管理政策指南》（AC-21-AA-2009-25）。
4. 参考文件AP-21-AA-2015-37R1，轻型运动航空器型号设计批准审定程序。
5. 概述5.1 定义本咨询通告所述轻型运动航空器是指符合下列条件的轻型运动飞机（固定翼）、滑翔机、旋翼机和轻于空气航空器：(1) 最大起飞重量不超过(i) 600公斤（1,320磅）的轻于空气的航空器；(ii) 600公斤（1,320磅）的不用于水上运行的航空器；或者(iii) 650公斤（1,430磅）的用于水上运行的航空器。
(2) 在海平面标准大气条件下，最大连续功率状态下最大平飞空速（V H）不超过120节校正空速。
(3) 对于滑翔机，最大不可超越速度（V NE）不超过120节校正空速。
(4) 在最大审定起飞重量和最临界的重心位置，并不使用增升装置的条件下，航空器最大失速速度或者最小定常飞行速度（V S1）不超过45节校正空速。
(5) 包括飞行员的最大座位数不超过2座。
(6) 如果是动力航空器，为单台活塞式发动机或者单台电力推进装置。
(7) 如果是除动力滑翔机外的动力航空器，为定距或者桨距可地面调节的螺旋桨。
(8) 如果是动力滑翔机，为定距或者顺桨螺旋桨。
(9) 如果是旋翼机，为定距、半铰接、跷跷板式、两片桨叶旋翼系统。
(10) 如果具有座舱，为非增压座舱。
(11) 除了用于水上运行的航空器或者滑翔机外，为固定起落架。
固定翼单座轻型飞机图纸这是一套上单翼的超轻型飞机的图纸，主要的材料为铝合金，连接方式以铆接和螺栓连接为主，发动机选用的是Rotax447之类的40马力两冲程活塞螺旋桨发动机，采用拉式推进方式半开放式座舱，具有三轴控制能力，侧置操纵杆，起落架为前三点布局。
是一款非常优秀的上单翼骨架式超轻型飞机。
1 / 292 /293 /294 /295 / 296 / 297 / 298 / 299 / 2910 / 2911 / 2912 / 2913 / 2914 / 2915 / 2916 / 2917 / 2918 / 2919 / 2920 / 2921 / 2922 / 2923 / 2924 / 2925 / 2926 / 2927 / 29SY汽油航拍直升机离合器甩块增加了割缝长度，变形范围达到了160度，甩块形变尖端脱离了摩擦区，在高低转化变化时不会产生甩块尖端咬合离合器内圈，导致顺时动力下降，防止在离合器甩块达到疲劳极限时达到的抱死SY汽油航拍直升机采用H62铜制球头,高光洁度,高球面度（S<=0.02）降低控制机构的滑动磨损整机采用全轴承机构(43只)灵活废阻低。
尾旋翼使用双推拉精确控制。
角度控制范围-15度~+40度，缩短了尾轴总长SY汽航拍直升机采用全金属风扇高散热度，全金属风扇罩不仅提高了散热性能，还加强了机体强度SY汽油航拍直升机引擎：要求使用单缸两冲程汽油航空发动机排量：23-30cc使用转速：3000-11200rpm最大功率：1.7-2kW最大扭力：1.4-1.8Nm冷却方式：风冷SY汽油航拍直升机大桨：长度：770-820mm宽度：58-65mmSY汽油航拍直升机机身参数：SY汽油航拍直升机总体长度：2160mm SY汽油航拍直升机机身长度：1550SY汽油航拍直升机机身宽度：360SY汽油航拍直升机总体高度：590mmSY汽油航拍直升机主旋翼直径：1820mm SY汽油航拍直升机尾旋翼直径：270mm SY汽油航拍直升机传动比：7.33-1-5.17 SY汽油航拍直升机总重：5000gSY汽油航拍直升机搭载重量：4000gSY汽油航拍直升机油箱容积：800mlSY汽油航拍直升机连续飞行时间：45min SY汽油航拍直升机飞行范围：目视。
沈航二号轻型固定翼飞机设计
指导老师：邓忠林
设计者：
学号：
班级：S201202
超轻型飞机的设计主要包括总体
外形设计机身设计
尾翼设计机翼设计
飞机的操纵系统渲染效果图
简介：超轻型飞机是按重量分类中最轻的一类飞机。
超轻型飞机有许多特点，它的主要特点体现在“超轻”二字上，那就是结构简单、起降方便、低空低速性能好、驾驶容易、运输使用和维护方便、经济安全等，是一种易普及推广的大众航空器。
超轻型飞机属民用航空类。
主要种类：
超轻型固定翼飞机超轻型旋翼飞机
超轻型三角翼飞机超轻型直升飞机
本作品属于超轻型固定翼飞机，适合一般机场起降，采用复合材料制造，轻便，绿色。
轻型飞机总体外形设计二维图纸
俯视图侧视图
主视图
利用SolidWorks绘的三维实体“沈航二号”
一：飞机主体结构
二，机翼结构设计
1，机翼的功用：机翼是飞机的一个重要部件，它的主要功用是产生升力，此外还使飞机具有一定的横测安定性和操纵性。
为了使机翼更好的完成它在空气动力方面的各种功效，常在它的前缘，后缘安装有襟翼，副翼，扰流片等各种副翼。
机翼上的集中载荷和分布载荷：q a—气动分布载荷; q c—质量分布载荷;
襟翼
机身支反力。
机翼在外载作用下的剪力,弯矩,扭矩图。
Q—机翼的剪力图； M—机
翼的弯矩图； M t ---机翼的扭矩图。
2，机翼外形
机翼外形对于飞机的气动性能和结构性能有重要的影响，因此选择合理的机翼平面形状是非常重要的。
该轻型飞机的机翼剖面形状是平凸翼型，结构简单，便与生产，而且气动特性比较好，所以在某些低速飞机上应用较多。
3，机翼的受力构件
机翼的受力构件包括内部的骨架和外部的蒙皮以及与机身连接的接头，骨架由纵向元件和横向元件组成，纵向元件有翼梁，长桁,纵墙，横向元件有翼肋。
该轻型飞机采用的布局是：纵向元件包括翼梁，纵墙，横向元件是翼肋。
A，翼梁
翼梁是飞机中的主要受力构件，它承受机翼的剪力和弯矩。
翼梁主要由上下缘条和腹板组成，缘条承受由弯矩而产生的拉，压轴向力；腹板承受剪切力。
本机型采用的翼梁构造形式是工字形，沿长度方向采用等强度设计。
腹板式翼梁的优点是在相同的高度和同等的重量的情况下，翼剖面形状，把蒙皮传给它的局部气动力传给翼梁腹板，腹板用来承剪，上下缘条用来承受因弯矩而产生的正应力，并连接蒙皮，普通翼肋的腹板抗剪强度，本机型翼肋有较大的承受预度，因此在腹板上开减轻孔以减轻重量。
带有立柱加强而腹板上无任何开孔，其强度最大，这种结构的翼梁制造工艺简单，成本低，适用于轻型飞
机的设计与制造。
A，纵墙
它是一根缘条很弱或无缘条的腹板式翼梁，位于机翼后缘的
纵墙可用来连接副翼和襟翼，它不能承受弯矩，主要用来承受剪力，并与蒙皮构成闭室结构承受机翼扭矩。
B，翼肋
本机型翼肋---构架式翼肋，由缘条，直支柱，斜支柱组成，用于结构高度较大的机翼上。
该飞机的翼肋按功用为普通翼肋，此种翼肋只承受气动载荷，形成并维持
D，蒙皮
蒙皮是包围在骨架外面保持机翼气动外形的构件。
该飞机机翼还参与机翼的总体受力，蒙皮与翼梁腹板所构成的机翼盒式梁受到由各翼肋沿闭室周缘传来的引起机翼扭转变形的力矩。
4，机翼与机身的连接
该机属于低速小型飞机，故采用垂直耳片叉耳连接，连接螺栓水平放置.接头在传递剪力和弯矩时，螺栓均受剪切力作用。
三，机身构造设计
1，机身的功用
机身是飞机的一个重要的部件，它的主要功，用是装载人员，货物，设备,，武器，燃料，发动机等，并把机翼，尾翼，起落架等部件连接在一起，形成一架完整的飞机。
2，该飞机机身的主要受力构件有：
隔框，桁条，蒙皮，隔框采用普通隔框和环式加强框共同作用，普通加强框的作用是保持机身外形,，支持蒙皮，提高蒙皮的稳定性，以利于承受局部空气动力载荷。
环式加强框用于机身与其它部件连接处，机身内部空间可以得到充分的利用。
4，机翼与机身的连接
该机属于低速小型飞机，故采用垂直耳片叉耳连接，连接螺栓水平放置.接头在传递剪力和弯矩时，螺栓均受剪切力作用。
三，机身构造设计
1，机身的功用
机身是飞机的一个重要的部件，它的主要功，用是装载人员，货物，设备,，武器，燃料，发动机等，并把机翼，尾翼，起落架等部件连接在一起，形成一架完整的飞机。
2，该飞机机身的主要受力构件有：
隔框，桁条，蒙皮，隔框采用普通隔框和环式加强框共同作用，普通加强框的作用是保持机身外形,，支持蒙皮，提高蒙皮的稳定性，以利于承受局部空气动力载荷。
环式加强框用于机身与其它部件连接处，机身内部空间可以得到充分的利用。
3，该飞机机身采用的是桁条式，机身的弯矩引起的轴向力全部由桁条和较厚的蒙皮组成的壁板承受，蒙皮还承受机身扭矩产生的剪流和水平与垂直两个面内的剪力，由于它的蒙皮较厚不仅提高了机身的抗扭刚度，而且法向刚度也较好。
四，尾翼构造设计
1，尾翼的功用是保证飞机的俯仰平衡和航向平衡，并使飞机具有俯仰和航向的安全性和操纵性.FY型飞机的尾翼采用水平尾翼和垂直尾翼组成。
平尾由固定的水平安定面和可偏转的升降舵组成，垂直尾翼由固定的垂直安定面和可偏转的方向舵组成。
五，飞机操纵系统
操纵系统是飞机的重要组成部分，它的作用是实现飞行员的飞行意图，完成飞行任务。
该飞机采用电传航电操作。
沈航二号操作系统示意框图
六，起落架的设计
飞机起落架是供起飞，降落，在陆地滑跑，滑行和停放等作用，吸收着陆时的撞击能量和改善起降性能。
该飞机的起落架采用的是后三点带撑杆的支柱式起落架，支柱式起落架常用在起落架较高，着陆速度较低，用于主起落架上。
该型飞机起落架的减震器采用的是油气式减震器。
在气体减震器的结构上增加油液和限流孔，活塞的运动就会迫使油液来回挤压过限流控，由于流速很高，摩擦阻力很大，油液流经限流孔摩擦生热，将其撞击能变为热能散失掉。
注：由于为了模拟沈航二号飞行姿态，便于渲染，所以在设计机身时未画出起落架，如果建造和设计经济允许，建议采用可收缩式起落架。
七，动力装置
该飞机的发动机采用一台，虽然推力有限，不如多台发动机安全，但是此可使飞机结构简化，气动性能较好，维护比较容易。
该飞机采用后置机翼推进式螺旋桨。
便于增加飞行视角。
碳纤维螺旋桨八，最终渲染效果图
版社，王志瑾，姚卫星。
