超小型无人机光电稳定平台照准架的结构优化设计

某无人机光电载荷挂架结构设计作者：闫修杨竣博贺旭东来源：《西部论丛》2020年第05期摘要：根据光电载荷的技术特征和使用特点，结合无人机结构设计准则，开展了光电载荷挂架的结构技术研究，从结构布局、材料选择和装配工艺等方面进行了工程设计。

采用有限元仿真分析方法对结构进行静强度、刚度校核，结果表明结构强度、刚度设计均满足使用要求。

关键词：光电载荷，结构设计有限元仿真1引言随着无人机技术的发展，多种形式的无人机应用到农业领域。

除了目前已广泛流行的植保无人机外，搭载光学传感器采集农业信息、监测作物状况的无人机也开始在精准农业应用领域展现优势。

光电传感器吊舱是无人机一项非常重要的装备，旨在实现无人机侦察和监测功能，同时能够完成目标捕获及识别、目标测距、着陆导引等功能[1]。

无人机的侦察和监测性能取决于平台的结构、伺服系统稳定精度及跟踪精度[2]。

因此，除了对机载光电设备关键技术进行研究之外，对其挂装结构进行应用研究也具有一定的现实意义。

2设计要求无人机光电载荷挂架的设计要求如下：1）载荷挂架应具有足够的强度，能承受光电设备的静载荷和冲击载荷;2）载荷挂架应具有足够的刚度，满足光电设备的精度性能要求;3）在设计寿命周期内，载荷挂架应能在恶劣的气象环境下稳定可靠的工作;4）挂架应遵循轻量化设计原则，尽可能减轻结构重量;5）挂架应具有简单的装配工艺，减少外场试验的安装工序。

3结构设计3.1光电载荷挂架组成光电载荷布置在无人机机头位置，載荷挂架位于机身1框前端，并与机身1框和机头罩相连接。

载荷挂架由光电安装板、上支撑梁、下支撑梁和加强件组成，关于机身中心面左右对称，结构如图1所示。

光电载荷通过周圈螺钉固定在安装板下表面，光电安装板通过上、下支撑梁将载荷传递到机体结构上。

安装板头部与机头罩相连接，用于增强整个结构的稳定性，减小结构挠度。

3.2 结构形式和材料选择光电安装板用于挂载光电吊舱，中部圆环的底面为连接面，将光电吊舱的重力和惯性力传递到上、下支撑梁。

小型航空相机平台设计的稳定性提升策略摘要：随着我国航空事业的快速发展，尤其是小型无人机的广泛应用，人们在获取地理信息时的技术手段方面也发生了日新月异的变化。

目前我国在进行国家地理信息采集、灾情监测、特大型工程建设、地质考察的过程中，越来越多依靠航空遥感相机监控手段。

在某些特殊环境下（如地震后的震区监控、建筑的建设是否符合规划等），使用小型航空相机进行作业，可以有效提高工作效率，避免人员在进行实地勘察。

本文对小型航空相机平台设计进行了详细的研究，并对提高其稳定性提出了相应的见解。

关键词：小型航空相机；平台设计；稳定性前言在现阶段我国的地理信息采集、灾情监测、工程建设、地质考察等领域中，其图像采集大量依靠人工现场采集的方法。

这样的数据采集模式工作效率低下，人员劳动强度大，且危险性较高，对进行数据采集工作人员的生命安全造成了极大的威胁。

而本文所提到的小型航空相机可以有效改善这一图像采集方式的弊端，而在使用小型航空相机进行工作的过程中，其平台设计中相应稳定性的提高也可以有效确保相机的拍摄水平，继而实现高水准的图像采集。

1.小型航空相机平台稳定性的总体设计方案小型航空相机是我国目前进行航空图像采集的主要工具，其具有机动性能强、时效性能高、目的性准确、生产投入小等优点[1]。

而陀螺稳定平台是小型航空相机的主要组成部分，陀螺稳定平台可以适用于多种类型的航空飞机拍摄，并能提高航空相机的稳定性水平，对飞机飞行过程中的干扰进行有效隔离，从而实现图像采集稳定、清晰等目的。

1.1陀螺稳定平台的功能通常情况下，小型航空相机在进行飞行拍摄的过程中经常会受到气流和机身震动等多重影响，使得机体无法保持平衡，为小型航空相机的指定区域进行高精度拍摄任务带来了很大的困难。

而航空摄像陀螺稳定平台可以对航空拍摄过程中的小型航空相机系统进行有效控制，继而实现小型航空相机在拍摄过程中的系统平台稳定性，使得小型航空相机能够完成对图像精准的拍摄任务。

无人机载光电平台升降结构设计论文1无人机载光电平台无人机载光电平台就是指在无人机上装载的用来监察的设备，设备安装的目的就是为了得到完整的监察图像。

在无人机载光电平台中，有很多载荷，这些载荷需要一种稳定的环境来确保监察图像的质量，因此，无人机载光电平台必须有一个稳定的系统。

无人机载光电平台的结构和性能等对无人机的整个工作系统起到至关重要的作用，因此应该重视无人机载光电平台的结构设计和性能问题，使得光电平台的结构紧密完整，满足无人机的系统工作的需要。

目前无人机常用的光电平台框架结构有二轴二框架稳定、三轴三框架稳定等等，稳定的光电平台结构紧密、体积小，使得无人机的整个工作系统的性能得到提升。

无人机载广电平台除了有稳定的结构，还要优化外框架结构，为了尽可能的减小无人机在光电平台的质量，外框架结构在设计的过程中应该得到优化，在满足无人机工作需要的前提下，尽量减小质量。

外框架优化设计之后，质量减少，对提高无人机的工作性能有很大的影响，并且外框架优化后无人机还可以在震动的环境中使用。

2无人机载光电平台升降结构的设计思路由于无人机在飞行过程中容易受到飞行阻力，从而影响到无人机的飞行时间。

随着科学技术的发展进步，为了提高无人机的飞行时间，研发出了一种结构简单、易操作的无人机载光电平台升降结构。

无人机载光电平台升降结构的工作过程就是：当无人机载光电平台在正常工作的时候，升降结构可以伸出机外；当无人机载光电平台结束工作的时候，升降结构收入机腹，以减小无人机的飞行阻力。

无人机载光电平台升降结构的质量问题，也影响着无人机的续航能力，目前，升降结构使用碳纤维铝蜂窝夹层的复合材料代替传统的铝合金材料，质量减轻了几千克，使无人机的续航能力得到了一定程度上的提高。

无人机载光电平台的升降结构是无人机工作系统中的一项重要的设备，它的操作简单，却是整个工作系统中必不可少的，假如升降结构出现问题，无人机的工作将会受到严重的影响，甚至无法开展工作。

小型无人机发动机支撑系统优化设计摘要：随着国内航空事业的发展，飞行器结构日益向复杂化、轻量化的方向发展，这就不可避免的给飞行器动力支撑结构带来了很多难题。

动力支撑结构，作为飞行器中动力源与飞行器本身的直接载体，担任着支撑动力源和传递动力的重要责任。

它需要将由动力源本身所产生的振动冲击及因外界干扰而引起的振动冲击与飞行器进行隔离，以避免过大的振动冲击给飞行器的飞行带来不利影响，并尽可能将这类危害降低到最低程度。

有时动力支撑动结构设计的好坏直接关系到飞行器的正常发射和安全飞行。

关键词：小型无人机；发动机；支撑系统引言：发动机的动态环境，即发动机在运转过程中所产生的不平衡力和不平衡力矩，会对支撑系统产生振动与冲击，并且支撑系统会将这种动力载荷直接传递到机身上，从而产生振动影响无人机的飞行和滑跑。

因此，通常需要将发动机安装在橡胶减振基座上，以隔离无人机对发动机特别敏感的某些频率的振动。

在许多应用情况下，如果不将发动机的某些振动频谱中的某些频率进行隔离，无人机上的某些结构往往会在这些频率内会发生共振，或者机体会产生较大的振动。

设计合适的橡胶减振基座通常是一个复杂的问题，需要根据系统受力情况仔细匹配橡胶减振基座的设计、发动机运转的动态特性以及外部坏境所引起振动频率的大小。

结构轻量化是飞行器设计中亘古不变的话题，对与无人机，结构质量的减轻意味着无人机飞行高度的上升或无人机有效载荷的增加。

因此，以质量最轻为目标函数，满足结构不产生破坏和无人机飞行环境要求为约束条件，对发动机支撑系统中隔板和支架进行优化是具有实际意义的。

1相关领域的研究现状1.1发动机支撑系统减振器设计所谓发动机动力悬置就是发动机支撑系统的橡胶减振器，其主要作用体现在固定、隔离振动和限制最大位移量。

其中固定就是把发动机及螺旋桨等整个动力总成进行安装定位，防止产生过大变形从而影响安装精度。

隔离振动主要是将发动机所产生的振动进行衰减，这样无人机的振动和噪声情况得到了大幅度改善。

2020.11设计研发光电平台框架结构减振特性优化设计郎跃东i田秀1，2,蒋詰1,杨凯2(1.北京航天控制仪器研究所，北京，100854; 2.东部战区总医院，江苏南京，210002)摘要：针对传统无人机光电平台结构较重、稳定性能不理想的问题，设计了一种小型的两轴光电平台，对其框架主体结构的模态特性进行分析,找出平台容易发生共振的薄弱环节，并对平台进行减振功能优化设计，通过增加设计多规格减振材料，有效的提升了平台的稳定性能。

关键词：光电平台；模态特性；减振功能；优化设计Optimal Design Of Vibration Reduction Characteristics For Frame Structure Of Photoelectric PlatformLang Yuedong1,2,Tian Xiu1,2,Jiang Zhe1,Yang Kai2(1.Beijing Aerospace Control Instrument Research Institute,Beijing,100854； 2.Eastern TheaterGeneral Hospital,Nanjing Jiangsu,210002)Abstract：Aiming at the problem of heavy strueture and unsatisfactory stability of traditional uav-optoelectronic platform,a small two-axis photoelectrie platform is designed,and the modal charac t eris tics of the main frame st r ue t ure is analyzed to find out the weak link that the pla t f o rm is prone to resonance,so that the optimal design of damping function for the platform is carried out by adding the designed multi-specificstion damping ma/terial,and the stability performance of the platform is improved effectively.Keywords：Photoelectrie Platform;Moddl Characteristics;Damping Function;0ptimal Design0引言光电平台是无人机系统获取外部信息的重要部件，其稳定性能会直接影响获取图像信息的实时显示效果。

光电平台框架结构减振特性设计分析摘要：讲述了光学稳定平台结构设计特性，讲述了机械谐振频率对设备的重要性，强调设定支撑筋和减重孔是机械谐振频率的有效手段。

此外，结构合理布局尽可能紧密，重量大一点的构件接近旋转轴线减少惯性力矩，也有助于机械固有频率。

对于传统式光学平台结构的重量较大、可靠性不太理想，稳重制定了一种中小型两轴光学平台，阐述了其架构主体结构的多形式特性，找出了平台易共震的薄弱点，对平台进行了减振功能优化设计方案。

关键词：广电平台；减振特性；设计分析一、引言光电侦察稳定平台是航空侦察的主要设备之一，可以在迅速捕捉、跟踪和收集运动目标。

光学平台是获得外界信息的主要构件，其稳定性能直接关系获得图象信息的实时同步效果。

伴随着无人飞机技术发展，光学平台有关技术的研究与应用也变得越来越获得重视，广泛用于航空远洋航行、国防、警用装备、民用设备、农牧业等行业。

但传统式光学平台体积重量大，构造稳定性能不理想，严重制约了无人机系统的高速发展。

文中制定了一种中小型两轴光学平台，对其自身的震动特性展开了深入分析科学研究，达到最理想的平稳实际效果。

光学平台构造关键从内框架、俯仰轴、主机架、方位轴和基座等组成。

当光学式平台底座固定于载置台上时，平台可以绕方位轴开展方位转动，内框架可以绕俯仰轴开展俯仰的转动[1]。

二、现有平台系统的分析第一个方案为双轴二框架结构。

在空中侦查平台上，双轴式、两个机架的设计和应用最为广泛，技术也比较成熟。

该方法是将光电传感器等探测装置放置在由俯仰和方位两个坐标轴构成的垂直平台上，利用陀螺灵敏平台的相对惯性进行空间移动，再由陀螺稳定环驱动坐标系力矩电机，以消除外部扰动力矩，实现系统的稳定。

该双构架稳定系统是目前国际上较为成熟和常用的稳定设备，在小载荷高精度稳定方面表现出了很好的效果。

由于电子侦察技术和装备的不断进步，目前主要由电视、红外和激光等构成的侦察装置，由于其负荷越来越大，各种不利的干扰瞬间也随之增大。

小型无人机测绘系统的问题分析及优化改进摘要：本文分析了小型无人机飞行系统在该领域应用中存在的问题，结合大型无人机飞行系统相关的飞行经验，提出了改进方案，以增加作业范围、提高安全性能和提高数据解算精度。

关键词：小型无人机；测绘系统；问题分析；优化改进引言区别于专业的飞行团队，在使用无人机作为测绘作业中低空遥感数据采集的飞行平台时，是基于作业区域和所需要的数据类型来对飞行平台进行选择而非通过固定的飞行平台来完成任务，因此对于从事测绘作业的无人机的分类，不应以空机重量、最大起飞重量、最大巡航速度等传统分类参数进行区分，而是以是否为完整的系统、最大航程、飞行高度、续航时间等来进行分类。

1在测绘过程中小型无人机系统的问题分析小型无人机在载荷的搭载能力上，主要受到载荷的功率、体积和重量三方面的制约，以摄影测量为例：在进行拍摄和数据获取过程中，主要需要获取拍摄图像、拍摄时飞机的 GPS 坐标数据、拍摄时飞机的飞行姿态数据。

在上述的这三类数据中，为了进行数据处理，拍摄的图像要满足足够的重叠度，但是由于地形起伏容易导致一些照片的重叠度不够，为此应当根据无线电测距（雷达高度）进行飞行，但实际上无论是在飞控机程序还是飞行器平台本身的设计中都没有搭载对地无线电测距的设备，因此为了满足获取影像重叠度要求，应额外搭载无线电测距载荷；飞机的飞行姿态数据主要来源于 IMU，由于积分算法的发散误差会随着时间进行累加，需要定时的进行误差修正。

在实际应用中，对 INS 误差修正的最好方式是通过垂直陀螺设备，为了获得较为精确的飞行姿态数据，应额外搭载垂直陀螺载荷。

但无论是无线电测距设备还是垂直陀螺仪，都受限于电池功率、飞行器体积以及起飞重量而无法搭载。

2在基于大型无人机飞行经验的小型无人机测绘系统的改进2.1由于通信范围限制导致的作业区域问题，引入无人机副地面站大型无人机在设计之初，其目的主要是搭载光电载荷进行侦查任务，而往往需要侦查的区域距离起飞区域比较远，超出视距通信距离（7000m飞行高度的视距通信距离约为230-250km，而中大型无人机巡航速度平均为160-180km/h），当时卫星通信应用无人机相关技术并不成熟，于是出现了前端地面数据终端的（Front Ground Data Terminal简称FGDT）概念，该系统将无人机地面站分为指挥站和地面数据终端两部分，通过光纤进行连接，使指挥站可以选择和任意一个地面数据终端进行通信从而通过该地面控制终端的数据链设备来对无人机进行控制，前端地面数据终端的出现延长了无人机的视距通信距离。