某无人机方向舵设计-飞机部件课程设计计划书

摘要舵机是航空航天器飞行控制系统中一个不可缺少的重要组成部分，它是控制器的一个施力装置，根据控制器的指令产生相应的力和力矩，来操纵导弹舵面导向机构，从而实现飞行姿态和轨迹的控制。

因此，舵机系统的性能好坏直接影响着飞行控制系统的性能和飞行安全。

Matlab/Simulink软件模块，是具有动态建模、仿真及综合分析功能的高性能软件包。

它为用户提供了一个非常友好的仿真环境，支持连续、离散和混合的线性、非线性系统，并且为用户提供了用方框图进行建模的图形接口，还包括了众多的线性和非线性环节，使用极为方便。

采用Matlab/Simulink模块对舵机系统进行建模与仿真，无论对其性能分析，还是系统辅助设计，都有重要的意义。

关键词：电机舵；伺服直流电机；控制电机目录1 电动舵系统 (1)1.1电动舵机的国内研究现状 (1)1.2 电动舵机系统的组成 (1)1.3 电动舵机系统的工作原理 (2)2 电动舵机系统器件 (3)2.1伺服电机选型 (3)2.2 减速器 (4)2.3 反馈装置及其数学模型 (5)2.3.1 电流反馈 (5)2.3.2 伺服电机转子位置检测及速度反馈 (6)2.3.3 伺服电机转速、角度反馈以及舵面角度反馈 (6)3 系统的数学模型 (8)3.1. 伺服放大器 (8)3.2 直流伺服电机 (8)3.3 减速器 (9)3.4反馈电位计 (9)3.5电动舵机系统结构图 (9)4 电动舵机系统仿真 (11)4.1 simulink框图搭建 (11)4.2仿真结果 (12)5 结束语 (13)参考文献 (14)致谢 (15)1 电动舵系统1.1电动舵机的国内研究现状舵机作为伺服执行机构，广泛应用于飞机、导弹、火箭等飞行器，由于这些现代的飞行器要求其控制系统具有高精度．高灵敏度和高可靠性，因此对舵机的性能提出了更高的要求，促使舵机向着质量、体积不断减小，承载能力不断增强控制性能不断提高的方向发展，于是新型高性能舵机的研究和开发引起了各国军方和科研机构的极大关注。

无人机方向舵设计课程设计7330568飞机部件课程设计长空一号无人机方向舵设计目录一、初步方案 (4)1.1、结构形式 (4)1.2、翼肋布置 (4)1.3、悬挂点配置 (4)1.4、操纵接头的布置 ............................. 错误!未定义书签。

1.5、配重方式.................................. 错误!未定义书签。

1.6、开口补强方案............................... 错误!未定义书签。

1.7、方向舵理论图............................... 错误!未定义书签。

二、载荷分布及内力图.............................. 错误!未定义书签。

2.1、载荷分布................................... 错误!未定义书签。

2.2、悬挂点位置的确定 (5)2.3、内力图 (7)三、设计计算3.1、梁3.1.1、尺寸的确定 (7)3.1.2、材料的选择 (8)3.1.3、扭矩及扭矩图 (8)3.1.4、梁腹板校核 (10)3.1.5、梁缘条的校核 ............................. 错误!未定义书签。

3.2、蒙皮的设计计算 (12)3.2.1、前缘蒙皮校核 (12)3.2.2、后段蒙皮校核........................... 错误!未定义书签。

3.3、肋的设计计算 (14)3.3.1、后段普通肋的计算....................... 错误!未定义书签。

3.3.2、后段中间加强肋设计..................... 错误!未定义书签。

3.3.3、端肋肋的设计........................... 错误!未定义书签。

3.3.4、前缘加强肋的设计....................... 错误!未定义书签。

无人机设计课程设计报告一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解无人机的定义、分类及基本工作原理；2. 学生能够掌握无人机设计中涉及的几何、物理及编程知识；3. 学生能够了解无人机在现代社会中的应用及其对科技发展的意义。

技能目标：1. 学生能够运用所学的几何、物理知识进行无人机结构设计；2. 学生能够运用编程知识为无人机编写简单的控制程序；3. 学生能够通过团队合作，完成无人机设计、制作及调试过程。

情感态度价值观目标：1. 学生培养对无人机科技的兴趣，提高对科技创新的热情；2. 学生在团队合作中学会沟通、协作，培养集体荣誉感；3. 学生通过无人机设计课程，认识到科技发展对国家和社会的重要性，增强国家使命感和社会责任感。

课程性质：本课程为无人机设计实践课程，结合数学、物理、信息技术等多学科知识，注重培养学生的动手能力、创新意识和团队合作精神。

学生特点：六年级学生具备一定的几何、物理知识基础，对新鲜事物充满好奇，动手能力强，喜欢挑战性任务。

教学要求：结合学生特点，课程设计应注重实践性、趣味性和挑战性，引导学生运用所学知识解决实际问题，提高学生的创新意识和团队合作能力。

通过课程目标的实现，使学生达到具体的学习成果，为后续教学设计和评估提供依据。

二、教学内容1. 无人机基础知识：- 无人机的定义、分类及发展历程；- 无人机的基本工作原理和组成部分。

2. 无人机结构与设计：- 几何知识在无人机设计中的应用；- 物理知识在无人机飞行原理中的应用；- 无人机结构设计的基本原则和方法。

3. 无人机编程与控制：- 编程基础知识；- 无人机控制程序的编写与调试；- 无人机飞行控制原理。

4. 无人机应用与科技发展：- 无人机在现代社会中的应用领域；- 无人机科技发展的趋势及对我国的影响。

教学大纲：第一周：无人机基础知识学习，了解无人机的定义、分类及发展历程；第二周：学习无人机基本工作原理和组成部分，掌握几何、物理知识在无人机设计中的应用；第三周：无人机结构设计实践，进行无人机模型制作；第四周：学习编程基础知识，为无人机编写简单的控制程序；第五周：无人机飞行控制实践，调试无人机飞行控制系统；第六周：探讨无人机在现代社会中的应用及科技发展，培养学生对科技创新的兴趣。

XXX型舵机系统简要方案设计报告2022年3月19日XXX型舵机系统简要方案设计报告1 概述XXX型四通道舵机系统（以下简称为舵机）作为飞行器的动作执行机构，可满足飞行器飞行过程中对滚转、俯仰、偏航姿态的控制，电动四通道可独立工作、也可成对差分工作，模块化的设计可方便科研、生产过程中的装配、调试，也可保证产品后期装备使用过程中日常勤务处理等要求，其具备负载能力适中、可靠性高、量产成本低的特点。

2 技术指标及性能要求详见总体研制任务书。

3 研制依据和标准详见总体研制任务书中引用文件。

4 总体设计根据总体给定的设计任务要求，该型舵机采用谐波齿轮减速器为主要传动机构的技术路线，其由本体、传动机构组件、舵机驱动控制组件三大部分组成，舵翼由总体提供。

其中，本体基于总体提供的壳体外形及舵轴位置尺寸进行内部结构适配性设计；传动机构组件由谐波齿轮减速器、直流有刷电机、高精度导电塑料电位器组成；舵机驱动控制组件由MCU核心控制器、匹配调理电路和专用驱动模块组成。

其三维结构和组成见下图1、图2。

图 1 舵机三维结构布局图图 2 舵机组成框图舵机采用电动、四通道、数字控制式舵机，其中驱动电、控制电分别为+24V、+48V热电池为驱动模块、控制模块供电。

产品在使用前未上电前，直流有刷电机锁制器处于锁定状态，确保舵翼位于零位；使用上电时，舵机控制板执行复位、锁制器通电解锁、输出电零位锁零指令，将舵翼保持在电气零位等待接收产品控制指令；在接收到控制指令后，舵机控制电路根据指令形成PWM指令，通过舵机驱动模块实现舵翼的偏转，产生控制力矩完成对产品的姿态控制。

其特点是控制精度高、结构紧凑、可靠性好。

4.1 传动机构传动机构由谐波减速器、直流电动机、电位器组成，减速机构采用扁平式谐波齿轮减速器，将电机的转速、转向和力矩变换为舵面所需的转速、转向和力矩；传感器采用高精度导电塑料电位器，实现舵面角度的精确测量。

传动机构组成三维图见下图3。

飞机部件课程设计长空无人机方向舵设计2013/1/15一、初步方案的确定1.1方向舵的受力形式使用载荷11kN，载荷较小，故选用单梁式方向舵前端外形参数：X 0 21 42 64 84Y 0 12.8 17.8 19.6 19.4由上表可得出最厚位置为64mm处由于平尾与方向舵存在干涉，需要在方向舵前缘开一口，深度为50mm，不会影响到梁。

蒙皮由前缘及两侧壁板组成，为了便于前缘蒙皮的安装，采用“匚“形梁，如图所示1.2悬挂点配重参考《飞机结构设计》，悬挂点的数量和位置的确定原则是：保证使用可靠、转动灵活、操纵面和悬臂街头的综合质量轻。

由于载荷较小，初步确定为二或三个。

增加悬挂点数量可使操纵面受到的弯矩减小，减轻了操纵面的质量，但增加了悬臂街头的质量和运动协调的难度。

减少悬挂点数量可是运动协调容易，但操纵面上弯矩增大，且不符合损伤容限思想，一般悬挂点不少于2个。

在长空无人机方向舵中，由于垂尾后掠角为0，且方向舵根稍弦长相同，所以运动协调十分容易，所以采用3悬挂点。

1.3翼肋的布置采用15个翼肋(含2端肋)，间距90mm由于结构高度较低，为了方便装配，后部翼肋分为2个半肋。

分别与蒙皮铆接组成壁板后在与梁铆接装配，且左右半肋应分别向上、下延伸一小段距离，以方便壁板与梁的铆接。

1.4配重方式配重方式有两种，即集中配重与分散配重，因本飞机速度较低，且对重量较敏感，所以采用集中配重的方式，在方向舵的上下两端伸出配重块1.5操纵接头的布置为使最大扭矩尽可能小，将接头布置在中间，与中部悬挂点采用螺栓连接1.6开口补强前缘开口处两侧采用加强肋，梁腹板开口处采用支座的三面对其加强。

1.7理论草图二、总体载荷计算支座2支座1 支座32.1气动载荷弦向分布根据已知条件，展向分布均匀，则单位展长载荷q use=pu se/L a=11000/1280N/mm=8.59375N/mmq des=1.3quse=11.171875N/mm再根据弦向载荷分布及气动中心位置，可得出载荷弦向分布如下图：根据面积和气动中心的位置可得a=30.49mm，2.2接头位置确定接头2为中部接头，与操纵接头连接，位于展向中点，即y2=640mm由操纵接头引起的集中力视为全部由接头2传走，不对梁引起额外的载荷。

微型无人机课程设计报告一、课程目标知识目标：1. 学生理解微型无人机的构造、原理及其分类。

2. 学生掌握微型无人机的基本操作方法和安全飞行规则。

3. 学生了解微型无人机在现代社会中的应用领域及其发展趋势。

技能目标：1. 学生能够独立完成微型无人机的组装和调试。

2. 学生具备使用遥控器对微型无人机进行稳定飞行的能力。

3. 学生能够运用所学的知识，解决飞行过程中遇到的技术问题。

情感态度价值观目标：1. 学生培养对航空科技的兴趣和爱好，增强创新意识。

2. 学生树立团队协作意识，培养沟通与协作能力。

3. 学生认识到微型无人机在民用和军事领域的价值，增强国家荣誉感和责任感。

课程性质：本课程为选修课程，旨在拓展学生的科技知识，培养学生的实践操作能力。

学生特点：学生为八年级学生，具有一定的物理基础和动手能力，对新鲜事物充满好奇心。

教学要求：结合课程性质、学生特点和教学目标，注重理论与实践相结合，强调学生的实践操作和亲身体验，提高学生的综合素养。

在教学过程中，将目标分解为具体的学习成果，便于教学设计和评估。

二、教学内容1. 微型无人机概述- 无人机的定义、发展历程及分类- 微型无人机的基本结构和原理2. 微型无人机组装与调试- 教材第3章：无人机主要部件及其功能- 组装步骤及注意事项- 调试方法及故障排除3. 微型无人机飞行操作- 教材第4章：飞行原理与飞行控制- 遥控器操作方法- 安全飞行规则及飞行技巧4. 微型无人机应用与拓展- 教材第5章：无人机在各领域的应用- 案例分析：微型无人机在农业、航拍、救援等方面的应用- 无人机发展趋势及未来展望5. 实践活动- 组装与调试微型无人机- 飞行操作练习- 创新设计：无人机应用方案设计教学大纲安排：第1周：微型无人机概述第2-3周：微型无人机组装与调试第4-5周：微型无人机飞行操作第6周：微型无人机应用与拓展第7周：实践活动与成果展示教学内容注重科学性和系统性，结合教材章节进行合理安排，确保学生在掌握基本知识的同时，能够进行实践操作和创新思考。

固定翼无人机课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解固定翼无人机的基本结构、原理和分类。

2. 学生能够掌握固定翼无人机的飞行原理、控制系统及安全操作规程。

3. 学生能够了解我国无人机产业及政策法规的基本情况。

技能目标：1. 学生能够操作固定翼无人机完成起飞、巡航、降落等基本动作。

2. 学生能够运用无人机飞行模拟软件进行飞行训练和任务规划。

3. 学生能够解决固定翼无人机飞行过程中遇到的基本问题。

情感态度价值观目标：1. 学生培养对航空科技的兴趣和热情，增强探索精神。

2. 学生树立安全意识，遵守无人机飞行相关规定，尊重他人隐私。

3. 学生提高团队合作能力，学会分享、交流和互助。

课程性质：本课程为选修课程，以实践操作为主，理论教学为辅。

学生特点：学生对新鲜事物充满好奇，动手能力强，有一定的团队合作意识。

教学要求：结合理论知识与实践操作，注重培养学生的实际操作能力和解决问题的能力，提高学生的安全意识和团队合作精神。

将课程目标分解为具体的学习成果，便于教学设计和评估。

二、教学内容1. 固定翼无人机概述- 无人机基本概念、分类及用途- 固定翼无人机的发展历程及未来发展趋势2. 固定翼无人机结构与原理- 无人机的基本结构及其功能- 飞行原理及空气动力学基础- 控制系统组成及工作原理3. 固定翼无人机飞行操作与控制- 飞行操作基本技能培训- 飞行模拟软件的使用与训练- 安全操作规程及紧急情况处理4. 固定翼无人机应用领域- 军事应用及民用领域- 无人机在航拍、农业、科研等领域的应用案例5. 我国无人机产业及政策法规- 无人机产业现状及发展趋势- 我国无人机相关政策法规及飞行管理规定教学大纲安排：第一周：无人机概述及发展历程第二周：固定翼无人机结构与原理第三周：飞行操作与控制基本技能第四周：飞行模拟软件训练与实践操作第五周：固定翼无人机应用领域及产业政策法规教学内容根据课程目标进行选择和组织，确保科学性和系统性。

飞机升降舵课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解飞机升降舵的基本概念、作用原理及其在飞行控制中的重要性。

2. 学生能够掌握飞机升降舵的构造、分类及与其相关的飞行术语。

3. 学生能够描述飞机升降舵在不同飞行阶段对飞机姿态的影响。

技能目标：1. 学生能够运用所学知识，分析飞机升降舵在飞行中的调整方法，并解释其对飞机升降的影响。

2. 学生通过模拟实验和小组讨论，培养解决实际飞行问题的能力，提高动手操作和团队协作能力。

3. 学生能够运用图示、模型等方法，清晰、准确地展示飞机升降舵的工作原理。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对航空科技的兴趣，激发他们探索航空领域的热情。

2. 培养学生勇于尝试、积极探究的学习态度，增强他们面对困难的信心。

3. 增进学生对国家航空事业的认识，培养他们的爱国情怀和民族自豪感。

课程性质：本课程为航空科普课程，结合物理学和工程学知识，注重理论与实践相结合。

学生特点：五至六年级学生具有较强的求知欲和动手能力，对新鲜事物充满好奇。

教学要求：教师应运用生动形象的语言，结合实际案例和实验，引导学生主动探究，提高学生的实践操作能力。

同时，关注学生的情感态度，培养他们的合作精神和爱国情怀。

在教学过程中，将课程目标分解为具体的学习成果，以便进行有效的教学设计和评估。

二、教学内容1. 理论知识：- 飞机基本结构及飞行原理简介；- 飞机升降舵的构造、分类和工作原理；- 飞机升降舵与飞机姿态的关系及调整方法；- 相关飞行术语及操作规范。

2. 实践操作：- 飞机模型制作：引导学生分组制作飞机模型，并安装升降舵；- 模拟飞行实验：组织学生进行模拟飞行实验，观察升降舵对飞机姿态的影响；- 小组讨论：针对实验过程中遇到的问题，引导学生进行小组讨论，提出解决方案。

3. 教学大纲：- 第一课时：飞机基本结构及飞行原理介绍，飞机升降舵的构造及分类；- 第二课时：飞机升降舵工作原理，相关飞行术语及操作规范；- 第三课时：模拟飞行实验，观察升降舵对飞机姿态的影响；- 第四课时：小组讨论，总结升降舵在飞行中的调整方法及注意事项。