无人机总体设计

关于无人机结构设计技术的讨论作者：何景武范曼华张晓鸥(北京航空航天大学，北京100083)摘要：从无人机同有人机的设计、研制、经费及使用维护等多方面出发，进行对比分析，较为深入地分析了无人机同有人机在结构设计上的差别，分析无人机结构设计的特点，最后具体地说明了需要加强研究和值得关注的无人机结构设计技术。

关键词：无人机结构设计一、前言无人机同民用飞机、军用飞机等有人机相比，在飞机的使用要求、任务使命等多方面都有所不同，所以，无人机在总体设计、气动特性要求及结构完整性设计要求等方面同有人机相比有一定的差别。

因此，不宜直接将民用、军用等方面的有人飞机的结构设计思想完全照搬地应用到无人机的结构设计当中，而必须根据无人机研制的具体要求和特点进行无人机的设计和研制。

当然，无人机同有人机相比也有很多共同的特性，因此，在无人机的研制当中也有必要参考有人机多年的研制经验和成熟的研制技术。

如何把握好无人机同有人机在结构设计上的差别，在满足战术技术要求的前提下，设计出经济的、合理的无人机结构是当前无人机结构设计中值得关注的一个问题。

由于没有驾驶员生理条件的要求，无人机飞行性能的可设计空间非常之大，起飞着陆的方式也可以多种多样。

由此，导致了无人机门类的众多，各式各样的无人机，各种用途的无人机相继问世。

由于无人机门类的众多，使得无人机的分类问题难以给出明确的定义，也使得总结无人机的研制规律难度增加。

本文根据目前已知的国内外无人机的研制情况和使用情况，对比有人机来分析无人机的特点。

在总结、分析无人机结构设计、研制及使用经验的基础上，力图说明一些有关无人机结构设计的思想、规律和特点，讨论无人机机体结构的设计技术；同时较为深入地分析无人机同有人机在结构设计上的差别，在此基础上具体地说明了需要加强研究和值得关注的无人机结构设计技术。

本文讨论的主要是固定翼类的无人机。

二、无人机的特点分析据统计，在有人驾驶的战斗机上，飞行员的体重占飞机有效载重的15％，与飞行员相关的救生系统、座舱环控系统、氧气冷气系统和电子支援系统等也占据了飞机相当部分的重量和研第二届无人机发展论坛论文集设计与技术制经费。

新型无人机投掷系统 设计报告 一、项目概述本设计是基于ATmega328微处理器及Arduino 开发的一款新型无人机投掷系统。

主要功能为实现利用无人机提升重物到达指定地点并投掷相应物件，也可实现到达指定地点提升重物带回出发点。

该产品可广泛应用于抢险救灾，婚庆商演，短途急件物流等领域。

成本低廉，使用便捷，市场前景广阔。

二、工作原理本系统主要包含两个部分：无人机和空投模块。

无人机主要采用大疆现有设备，空投部分为自主设计模块，主要包含电源、Ardunio 最小系统、光敏电阻、光敏继电器及步进电机。

总体设计框图如下图所示：图1 无人机空投系统总体设计框图无人机与手机客户端间采用2.4G 无线wifi 进行数据通信，将无人机上摄像头所拍摄视频流通过wifi 传送至手机进行实况显示，同时手机客户端及无线遥控可控制无人机上指示灯的亮灭，本设计空投模块主要利用了对无人机上指示灯的亮灭检测来控制步进电机的角度转动，从而控制对物件的空投实现。

无人机指示灯 手机客户端 2.4G wifi空投模块光敏 电阻 Arduino 集成块 步进电机空投物件电源 模块 无线遥控 2.4G wifi 视频传输实况显示光敏 继电器二、硬件电路设计及软件程序设计硬件电路设计：本设计硬件电路主要包含无人机部分和空投模块，其中空投模块由光敏电阻、Arduino集成块及步进电机构成。

Arduino集成块电路原理图如图2所示：图2 Arduino集成块电路原理图Arduino集成块PCB图如图3所示：图3 Arduino集成块PCB图软件程序设计：Arduino集成块输出口连接在步进电机驱动器上，编程输出PWM脉冲信号进而控制步进电机的旋转角度，Arduino另一接口连接光敏继电器模块，检测光敏电路的是否有产生光照信号。

本设计自主设计的主要模块为空投模块，故在此主要分析空投模块程序设计流程，Arduino集成块检测是否有光照信号的产生，假如有光照信号，便驱动电机旋转相应角度，驱动传动轴释放物件。

科学技术创新2021.04城市地下综合管廊的巡检无人机设计徐梓祺邢华宁卢镇成戴创昆甘睿科高远(指导老师)(广西科技大学,广西柳州545000)1研究主要内容为提高地下综合管廊巡检的效率和机动性,以六旋翼无人机为搭载平台,STM 32微处理器为主控制器。

实现高效全面的自动化无人机管道巡检。

研究内容如下:(1)结合不同的检测对象,可搭载的传感器采集电路的设计;(2)无人机飞行障碍物检测电路和自动避障控制电路的设计;(3)制定无人机自动巡检的循迹方案;(4)制定无人机与地面用户终端间无线通信方案,实现用户对无人机巡检情况的远程监控;2城市地下综合管廊的巡检无人机设计系统以地下综合管廊作为巡检研究对象,提出能对管道内图像信息、多种气体数据和电线破损信息进行检测的城市地下综合管廊的巡检无人机设计。

以W i Fi 为传输媒介搭建W i Fi 中继站进行检测数据信号的远距离无线传输,结合运用云端实现用户终端对传感检测数据进行查看和对无人机的飞行模式进行远程操控。

系统以实现综合管廊内情况的快速获取、远程传输与智能管理为目标,采用分布式客户机/服务器形式,由用户终端以及传感器通过W i Fi 网络为传输媒介组成。

主要完成采集管廊内管线环境数据信息、操控摄像头和电子设备,图像显示和无人机设备的远程控制等功能。

2.1巡检无人机设计系统的总体框架。

图1所示为城市地下综合管廊的巡检无人机设计系统框架图。

其中:(1)视频采集装置主要由紫外线成像仪、高清摄像仪、红外成像仪组成。

气体检测装置主要由甲烷传感器、CO 气体传感器、硫化氢气体传感器、温湿度传感器组成;(2)用户终端能够直接在现场与主控制器通信,读取和显示出无人机上各装置所采集的气体参数以及视频图像信息,或授权给云端用户终端从云端读取和显示出无人机上各装置所采集的气体参数以及视频图像信息并进行远程操控;(3)无人机通过将城市地下管廊的路径数据输入到主控制器并配以超声波传感器避障的循迹方式,来实现无人机的自主巡检工作。

无人机概念1单选(3分)不属于无人机机型的是_______。

A.塞斯纳B.捕食者C.全球鹰D.云雀正确答案：A你没选择任何选项2单选(3分)按照《民用无人驾驶航空器系统驾驶员管理暂行规定》，下列情况中需要证照管理的是______。

A.在室内运行的无人机B.在视距内运行的微型无人机C.在人烟稀少、空旷的非人口稠密区进行实验的无人机D.在专门分配给无人机系统运行的隔离空域运行的微型无人机正确答案：D你没选择任何选项3单选(3分)为加强民用无人驾驶航空器(简称民用无人机)的管理，《民用无人驾驶航空器实名制登记管理规定》已于5月16日经民航局正式颁布并实施，从2017年6月1日起，民用无人机的拥有者和生产厂家必须在8月31日前完成实名登记。

下列飞行器中不需要实名登记的是______。

A.自制的遥控航模B.网购的大疆精灵3C.网购的运动跟随型无人机D.自制自主飞行农用植保无人机正确答案：A你没选择任何选项4单选(3分)下列不属于无人机的优点的是______。

A.用途广泛，成本低，效费比好B.无人员伤亡风险C.系统组成简单，设计方便D.生存能力强，机动性能好，使用方便正确答案：C你没选择任何选项5判断(3分)无人机不需要驾驶员。

正确答案：×你选对了6判断(3分)无人机就是无人驾驶飞机。

正确答案：×你选对了7判断(3分)无人机相对于有人机来讲，抗过载能力更强。

正确答案：√你选对了8判断(3分)无人机是21世纪出现的一种新型航空飞行器。

正确答案：×你选对了9单选(3分)世界上第一种实用型无人侦察机是_______。

A.RQ-4B.MQ-1C.AN/USD-1D.CK-1正确答案：C你没选择任何选项10判断(3分)受无人机尺寸、重量限制，无人机只能亚音速飞行。

正确答案：×你选对了11单选(3分)请选择下图无人机型号名称。

十公斤级民用复合材料固定翼无人机结构设计与强度分析
本文介绍了复合材料力学的基本原理和有限元法在结构设计分析中的应用。

根据微、小型固定翼无人机性能要求,参照《飞机设计手册》和《无人机强度和刚度规范》确定了最大起飞重量为10公斤的民用复合材料固定翼无人机的总体设计参数。

根据无人机的基本设计要求及总体性能参数,对无人机结构进行了初步设计。

确定了动力系统配置、机体结构布局及各部件的几何尺寸。

建立了机翼、机身、平尾、垂尾、翼身连接件、吊舱等结构的三维模型,并进行了全机虚拟装配,审查了结构设计的合理性。

选用T-300 3k双向平纹机织物/934环氧树脂作为机翼、机身、平尾、垂尾等结构的材料。

采用封闭矩形截面缘条盒式梁结构,提高了机翼结构的性能。

采用7075航空铝合金作为翼、身连接件的结构材料。

建立了机翼、机身、平尾、垂尾等结构的有限元模型,采用最大应力强度准则,对机体结构的强度、刚度、稳定性进行了校核。

对机翼蒙皮的碳纤维铺层结构进行了优化,蒙皮减重121.6克,占机翼初始重量的11.94%。

设计、加工了无人机水平尾翼蒙皮和梁缘条的制造模具,采用手工湿法铺贴/真空常温固化工艺对水平尾翼进行了试制。

对水平尾翼进行了静力加载实验。

基于实验数据,采用刚度折减方法对平尾结构有限元模型进行了修正。

修正后有限元模型的应变计算值与实测值的相对误差控制在20%以下,验证了平尾翼
结构有限元模型的可靠性。

对修正了材料参数的全机结构进行了强度、刚度和稳定性校核。

《基于群体智能的无人机集群协同对抗系统的设计与实现》篇一一、引言随着科技的飞速发展，无人机技术已广泛应用于军事、民用等领域。

为了提升无人机集群的协同作战能力，本文提出了一种基于群体智能的无人机集群协同对抗系统设计与实现方案。

该系统利用先进的算法和群体智能技术，实现了无人机集群的高效协同和对抗能力，为军事和民用领域提供了强有力的技术支持。

二、系统设计1. 总体架构设计本系统采用分布式架构，由多个无人机节点组成集群。

每个无人机节点均具备自主决策和执行能力，通过无线通信与其它节点进行信息交互。

系统设计包括感知层、决策层和执行层。

感知层负责获取环境信息，决策层根据感知信息制定协同策略，执行层则负责将策略转化为无人机的实际动作。

2. 感知层设计感知层采用多种传感器，包括雷达、摄像头、红外线等，实现对战场环境的全面感知。

传感器将采集到的数据传输至数据处理模块，进行数据融合和预处理，为决策层提供准确的环境信息。

3. 决策层设计决策层采用基于群体智能的算法，包括蚁群算法、粒子群算法等。

这些算法通过模拟自然界的群体行为，实现无人机集群的协同决策。

决策层根据感知层提供的信息，制定出最优的协同策略，并下发至执行层。

4. 执行层设计执行层负责将决策层的策略转化为无人机的实际动作。

通过控制无人机的飞行轨迹、姿态和武器系统等，实现对目标的精确打击。

同时，执行层还能根据实时反馈的信息进行动态调整，保证无人机集群的协同作战能力。

三、关键技术实现1. 无线通信技术无人机集群之间通过无线通信进行信息交互。

为了保证信息的实时性和准确性，本系统采用先进的无线通信技术，包括5G 通信、Wi-Fi等。

同时，为了保障通信安全，还采用了加密技术和抗干扰技术。

2. 群体智能算法本系统采用多种群体智能算法，包括蚁群算法、粒子群算法等。

这些算法通过模拟自然界的群体行为，实现无人机集群的协同决策。

在算法实现过程中，充分考虑了实时性和准确性要求，保证了系统的性能和稳定性。

四旋翼无人机带机械臂的设计与研究摘要：四旋翼无人机已经进入了众多的应用领域，在国家建设以及工程中扮演着越来越重要的角色。

目前研究四旋翼无人机姿态及机身设计的文章较多，但是很少有带机械手臂的无人机。

因此，本文采用了以往常见的无人机模型，设计出机械手臂，既能保证无人机飞行过程的平稳性，而且保证抓取东西的快速、准确性。

本文不仅设计了无人机的整体形态，而且选择了适合无人机飞行的硬件设施，为工程应用打下了基础。

关键字：四旋翼飞行器；机械手臂；抓取；硬件设施一、前言目前，国内外研究无人机的人员越来越多，先进的无人机也层出不穷。

但是大多数研究者只是关注于飞行姿态、飞行稳定性，而带有机械手的无人机则研究较少。

在近年来，无人机不管是在飞行姿态、操纵系统、稳定性设计等都有长足发展，但是带有机械手的无人机动态操作等问题还比较突出。

在设计研究当中，无人机加上先进的操纵手臂之后，不仅改变了飞行器的整体重量，而且对于飞行中的控制提出了较大问题。

在无人机飞行过程中，抓取动作的准确性、稳定性是考虑的重要问题。

比如说，无人机在告诉的飞行中，对于其飞行速度与飞行的时间要求比较高，这就要要求无人机能够快速、及时地抓住物体，而且有时还需要对目标进行监视，这样就会避免因为噪音而引起的注意。

除此之外，无人机动态抓握功能可以扩展到实时栖息，这可以用来快速地躲避大风、通过减少悬停时间来提高续航时间。

华北电力大学张虎[1]等在众多无人机研究的基础上，利用四旋翼飞行器作为基本结构，进行改进与创新，研究了一种飞滑式输电线巡检机器人，这种无人机结合了现有的四旋翼飞行器与巡线机器人优点的具有飞行与线上滑行巡检功能的机器人。

Justin Thomas团队[2]在多年观察仿生机械的基础上设计研究了一种采用被动机制的机械手爪，这种手爪在抓取中能够不受外界环境的干扰，同时在垂直起飞和着陆系统中启用被动栖息的设计上采用了优化分析；Courtney E. Doyle团队[3]在多年针对放生机械研究的基础上，在无人机上加入了受到控制的附属物，使其能够高速地锁定对象并进行抓取。

www�ele169�com | 31智能应用四旋翼无人机作为科技产品在近年来取得了快速的发展，凭借迅捷灵活和稳定可靠等特点被广泛应用于各个领域。

具有自主避障功能的无人机无论其安全性还是应用性都得到了极大的提升，下面我们将介绍基于开源飞控的四旋翼无人机的避障飞行系统设计。

1 四旋翼无人机避障系统总体设计通过四旋翼飞行器上安装的传感器来实时检测周围环境，进而使飞行器根据周围环境判断是否改变当前飞行状态。

这一避障方案的基本结构可分为三个部分，第一部分是检测模块，即使用传感器，感知周围的障碍物；第二部分是通信模块，即副控制板与飞控主板实现通信；第三部分决策模块，即飞控主板根据得到的传感器数据，进行判断后，对飞行器发出相应的控制指令来控制飞行状态，本文基于此原理实现四旋翼飞行器的避障飞行系统设计。

2 基于PX4飞控无人机的硬件结构介绍■2.1 Arduino 副控制模块该模块基于Arduino Uno R3(主控芯片ATMega328P，14个I/O 口，内存32KB，时钟频率16MHz)芯片，该芯片通过UART 串口与主控芯片相连接，通过I 2C 总线与四个方位的测距传感器相连，通过轮询方式向四个方向的传感器请求数据。

图1 无人机总体硬件结构■2.2 超声波传感器测距模块该模块使用US-100超声波传感器(电压5v，探测距离2cm~450cm，精度3mm)，飞行器前、后、左、右四个方向分别安装了超声波测距传感器，检测飞行环境内可能存在的障碍物。

在I 2C 总线上，四个不同方位的传感器具有不同的地址(0xf0，0xf2，0xf4，0xf6)，根据不同的地址副芯片便可识别来自不同方向的传感器数据。

测距传感器采取IO 触发原理，当拉低传感器TRIP 引脚后给一个50μs 高电平信号，传感器开始一次测距，副芯片得到传感器返回的数据后计算出距离。

■2.3 PX4主控制模块四旋翼飞行器主控基于Pixhawk2.4.8开源飞控。

无人机设计手册及主要技术内容简介独家《无人机设计手册》分上、下两册共十二章。

上册包括无人机系统总体设计，气动、强度、结构设计，动力装置，发射与回收系统，飞行控制与管理系统。

下册包括机载电气系统，指挥控制与任务规划，测控与信息传输，有人机改装无人机，综合保障设计，可靠性、维修性、安全性和环境适应性以及无人机飞行试验等。

有关无人机任务设备、卫星中继通信的设计以及正在发展的无人机技术等内容，有待手册再版时编入，使无人机设计手册不断成熟和丰富。

适用人群本手册是国内第一部较全面系统阐述无人机设计技术的工具书，不仅可作为无人机的设计参考，也可以作为院校无人机教学、无人机行业的工程技术人员和管理人员的参考书，并可供无人机部队试验人员使用。

希望本手册的出版能对我国无人机研制工作的技术支持有所裨益。

作者简介祝小平，现任西北工业大学无人机所总工程师，主要从事无人机总体设计、飞行控制与制导系统设计等研究工作。

主持了工程型号、国防预研等国家重点项目多项，获国家和部级科学技术奖9项，其中国家科技进步一等奖1项，国防科技进步一等奖4项，获技术发明专利10项，荣立“国防科技工业武器装备型号研制”个人一等功，发表论著150多篇。

先后入选国家级“新世纪百千万人才工程”、国防科技工业“511人才工程”和教育部“新世纪优秀人才支持计划”，获得“ 国防科技工业百名优秀博士、硕士”、“国防科技工业有突出贡献的中青年专家”、“陕西省有突出贡献专家”和“科学中国人(2009)年度人物”等荣誉称号。

无人机相关GJB标准-融融网gjb 8265-2014 无人机机载电子测量设备通用规范gjb 4108-2000 军用小型无人机系统部队试验规程gjb 5190-2004 无人机载有源雷达假目标通用规范gjb 7201-2011 舰载无人机雷达对抗载荷自动测试设备通用规范gjb 5433-2005 无人机系统通用要求gjb 2347-1995 无人机通用规范gjb 6724-2009 通信干扰无人机通用规范gjb 6703-2009 无人机测控系统通用要求gjb 2018-1994 无人机发射系统通用要求无人机主要技术一、动力技术续航能力是目前制约无人机发展的重大障碍，业内人士也普遍认为消费级多旋翼续航时间基本维持在20min左右，很是鸡肋。

一、比赛背景随着科技的飞速发展，无人机技术逐渐成为航空航天领域的一个重要分支。

无人机具有体积小、成本低、机动性强等优点，在军事、民用、科研等领域都有着广泛的应用前景。

为了培养大学生的创新精神和实践能力，提高我国无人机设计水平，特举办本次大学无人机设计比赛。

二、比赛目的1. 激发大学生对无人机技术的兴趣，提高他们的创新意识和实践能力。

2. 促进无人机技术的学术交流，推动无人机设计水平的提升。

3. 为我国无人机产业发展储备人才，助力无人机技术在国内外的竞争力。

三、比赛主题本次比赛主题为：“智慧飞行，创新未来——无人机设计与应用”。

四、比赛时间2023年4月1日至2023年6月30日五、参赛对象全国各大高校在校本科生、研究生及相关专业的师生。

六、比赛分组1. 无人机设计与制作组：面向本科生、研究生。

2. 无人机应用创新组：面向本科生、研究生。

七、比赛内容1. 无人机设计与制作组：（1）无人机总体设计：包括机体结构、动力系统、控制系统、传感器系统等。

（2）无人机功能实现：如自主飞行、目标识别、任务执行等。

（3）无人机性能评估：如飞行稳定性、续航能力、载荷能力等。

2. 无人机应用创新组：（1）无人机应用场景设计：如农业植保、电力巡检、应急搜救等。

（2）无人机应用系统开发：包括数据处理、任务规划、决策控制等。

（3）无人机应用效果评估：如工作效率、成本效益、安全性等。

八、比赛要求1. 无人机设计与制作组：（1）参赛作品需为原创，不得抄袭他人作品。

（2）参赛作品需具备实用性、创新性和安全性。

（3）参赛作品需在规定时间内完成。

2. 无人机应用创新组：（1）参赛作品需为原创，不得抄袭他人作品。

（2）参赛作品需具备创新性、实用性和可行性。

（3）参赛作品需在规定时间内完成。

九、比赛流程1. 报名阶段：参赛者填写报名表，提交参赛作品简介。

2. 初赛阶段：评委对参赛作品进行初步筛选，确定进入复赛的作品。

3. 复赛阶段：参赛者进行现场展示，评委对作品进行评分。