毕业设计论文开题报告(2).doc

毕业设计（论文）开题报告题目 旋翼无人直升机传动系统设计专 业 名 称 飞行器动力工程班 级 学 号 08022125学 生 姓 名 王 达指 导 教 师 许 瑛填 表 日 期 2012 年 3 月 7 日1、 选题的依据及意义： 通过历次局部战争，世界各国已经充分认识到了无人机在现代战争中的地位和重要性，在信息技术的推动下，全世界已有55个国家装备了无人机，无人机已经成为发展速度最快的机种。世界上实用的军用无人机大多数为固定翼的无人机，相比于固定翼的无人机，作为无人机体系中的重要分支无人直升机。它的优势很突出，具有震颤小、噪声小、可靠性高的优点，可长时间悬停、贴近地面飞行；能够垂直起降并能前飞、后飞和侧飞。并且发展较晚，型号也比较少，所以在军事和民用领域还具有广阔的应用前景。如今，它已成为倍受关注的重要研究方向。在军用方面，它声音很小，隐蔽性好，可以靠近目标周围活动，特别适用于侦察和攻击隐蔽地区的目标，可以飞向目标进行监测。当它被击落时损失不大，因为最重要的它的软件和它所传送回来的信息，一旦被击落，机载软件也就自动毁坏了，失去了它的价值。由于低空领域开放，无人直升机在民用上的研究也将更受关注。这种关注一方面源于应用需求的拉动；另一方面，源于这项技术的挑战性。随着相关技术的进步，必将大大推动它的跨越和发展。 通过此次毕业设计，可以更多的且更详细地熟悉无人直升机的总体设计以及了解在设计与技术方面会遇到的困难。无人直升机已经形成了覆盖靶标、情报侦察、战场监视、通信中继、目标指示、引导与摧毁、电子干扰与对抗、灾害灾情调查、气象探测、国土资源调查、地理信息测绘、电力巡线和输油管线巡线等军、民用任务领域的产品体系。可以预见，在新世纪的直升机发展中，无人直升机的发展将更加灿烂多姿地展现在世人面前。二、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）： 上世纪初，法国科学家与学者Charles Richet制造了一个非常小的、没有驾驶员的旋翼式直升机。但该旋翼式直升机的飞行试验没有成功。1907年，Breguet兄弟制造了他们的第一架四旋翼直升机，即Breguet-Richet“旋翼机1号”。Breguet-Richet四旋翼无人机的框架是由四个长长的焊接钢管支架组成，并按照水平十字交叉形式分布。1907年8月和9月间，“旋翼机1号”在法国北方小镇杜埃进行了第一次飞行试验。美国卡曼公司在50年代就曾推出无人驾驶直升机，并且已经有一些型号投入了实际运用阶段。在1961年就成功试飞了QH-50A反潜遥控直升机，并且将其改进型装备于海军使用。 图1 美国：QH-50A反潜遥控直升机而在上世纪的九十年代由西科斯基公司研制的“Cypher”以及后来的改进型“Cypher II”更是发展到了全新的高度。Cypher机体呈圆环型，其独特之处在于采用涵道式结构，两副共四片桨叶的共轴旋翼全部置于涵道之中。Cypher无人直升机的涵道具有多种功能，它既可支持、固定和保护旋翼，又可产生一部分升力。另外它还作为机体来容纳发动机、航空电子设备、燃油、有效载荷以及其它与飞行相关的硬件。 图2 美国：Cypher无人直升机 图3 美国：Cypher II无人直升机 美国从上个世纪五十年代开始研究无人直升机至今，在无人直升机研究方面取得了很多成功的经验。其后又研制了共轴的CH-84多用途无人直升机，1998年ATI和SAIC公司联合研制了单旋翼的Vigilante。MQ-8B“火力侦察兵”是美军新型无人直升机。一套“火力侦察兵”系统由4架无人直升机和两个发射控制站组成，最大有效载荷317公斤，滞空时间最多可达8小时。它配备合成孔径雷达，就像一架小型预警机，可执行预警、监视、侦察和通信指挥任务。 图5 美军MQ-8B“火力侦察兵”无人直升机此外，英国的维斯特兰公司也先后研制了“Mote”、“Wisp”、“Pupil”、“Wideeye”等多种无人直升机，ML公司研制了“Sprite”无人直升机。俄罗斯在无人直升机的研制方面也有不俗的表现，卡莫夫设计局在成功推出了它的共轴式无人直升机“Ka-37”之后，又于1998年试飞了“Ka-137”轴对称多用途无人直升机。另外，加拿大航空公司的花生形轴对称无人直升机“CL-227”以及后来的改进型“CL-327”和日本雅马哈公司的单旋翼常规式无人直升机“RMAX”也取得了很大的成功。 图6 Ka-137多用途无人直升机 图7 加拿大：CL-327 正当世界上一些发达国家积极投入无人驾驶直升机研制时，中国的航空工业者也在埋头苦干，研制着自己的无人直升机。1993年9月29日，中国第一架共轴式双旋翼无人驾驶直升机“海鸥”号首飞成功，标志着我国已经攻破了相应的一系列技术难关。2004年11月4日,国内第一款超轻型单座直升机和无人驾驶型直升机首次面世珠海航展2号展馆。但是，同时我国目前还存在很多技术还不能实现的问题。其中一些关键技术因种种原因的制约还不能得以实现。如核心的动力系统、能源系统、材料技术等。这些问题都直接制约了我国无人直升机研制、生产水平的提高。2011年5月7日V750无人直升机在山东潍坊首飞成功，填补了中国中型无人直升机的空白。 20世纪90年代以来,国外在研的无人直升机型号也大幅攀升。开展新构型研究，主要目的就是利用各种技术手段突破常规构型直升机的速度限制,提高飞行性能，改善操纵品质，以满足未来对高速、远航程军用直升机装备的需求。常规构型直升机由于自身固有的空气动力特点限制，飞行速度一直难以突破360km /h，这不仅极大限制了其应用，也不利于其在现代严重威胁环境中生存。因此，在发展新一代军用直升机装备的过程中，国外一直在努力探索新构型、 新概念旋翼飞行器。目前世界各国发展无人直升机主要有以下4种。（1）共轴反转式无人直升机。这种无人直升机的典型产品是加拿大的CL-327。CL-327是在CL-227的基础上发展起来的。侦察传感器采用前视红外传感器，还装了一部敌我识别器。1998年进行试飞。（2）圆环型无人直升机。目前，美海军陆战队正在发展一种圆环型无人直升机，称为密码（Cypher）无人机。该无人机的圆环本身在直升机的机身，装载发动机、机载电子设备、燃油、有效载荷等。圆环中央有两幅共轴反转旋翼（共4片）。（3）侧转旋翼式无人直升机。这种无人直升机既具备直升机垂直起降的特性，又具有固定翼飞机的快速水平飞行的性能。在起降时，主翼两端的旋翼传动舱向上旋转，并以直升机的方式进行工作。当水平飞行时则可改成相同于固定翼的方式飞行。美国贝尔直升机公司于1991年12月开始研制的鹰眼（Eagle_Eye）无人机就是一种倾转旋翼式无人直升机，它是在美国V-22有人驾驶的倾转旋翼飞机的基础上发展起来的，1998年3月6日试飞。（4）长航时无人直升机。为了克服常规的无人直升机始终存在的飞行速度不快、悬停时间短的缺点，美国国防预研局与美国弗隆蒂尔（Frontier）系统公司1998年初开始研制、2000年10月首次试飞了一种新型无人侦察直升机，称“A160蜂鸟”（Hummingbird）。 图8 美国：Eagle_Eye无人机 图9 美国：A160蜂鸟 目前我国在微型无人飞行器上较为可行的途径是研究一种有活动翼的飞行器，即所谓的扑翼机。它的垂直起落性能、机动性能相当好，但对材料(薄膜)和动力能源系统要求高，有待于我们大力研究；而在常规无人直升机方面，我国在以后的发展中，应该以研制一种中程的军用无人直升机为目标。从世界无人直升机的发展趋势来看，以美国MQ-8B“火力侦察兵”无人直升机为代表的中程军用无人直升机已成为各航空大国的发展目标。我国的无人直升机研制工作更应该尽量吸收国外无人直升机成熟，适用的技术，以及成功的经验，来不断充实、完善我们的成果。表1几种无人直升机总体参数、性能比较型号CypherSpriteKa-137CL-327RMAX海鸥SEAMO总体参数旋翼直径(m)03.963.115机身长度(m)1.980.651.83.632.89机身高度(m)0.552.301.841.282.5发动机功率(hp)52651252158.8最大起飞重量(kg)11340280350883001125有效载荷(kg)22.76508010030180性能最大飞行速度(km/h)148130175157140280280续航时间(h)2.5246.254.5巡航速度(km/h)130145139145最大航程(km)3064530200实用升限(m)152425050050005500微型无人直升机发展中亟待解决的问题： 1 ) 新构型技术：开展新构型研究，主要目的就是利用各种技术手段突破常规构型无人直升机的速度限制，提高飞行性能，改善操纵品质，以满足未来对高速、远航程军用无人直升机装备的需求。 2 ) 需要通过材料技术的发展来建造更轻、更强的本体结构。3 ) 无人直升机控制：微型无人直升机是非定常、强耦合、强非线性系统，因此需要研究有效的解耦、鲁棒、自适应控制算法。 4 ) 需要通过新的突破来装备具有更大推动比，更抗疲劳的高效发动机。3、 研究内容及实验方案：本课题对直升机总体设计的研究内容总共包括一下几部分：1引言 1.1研究的目的和意义 1.2研究内容2无人直升机的发展现状 2.1国外现状 2.2国内现状 2.3亟待解决的问题3无人直升机的总体设计 3.1无人直升机总体参数选择及性能计算 3.1.1引言 3.1.2无人直升机总体设计要求 3.1.3总体参数选择 3.2全机系统设计 3.2.1引言 3.2.2全机各系统设计 （ 机身外形设计、 旋翼系统设计、操纵系统设计、传动系统设计） 3.3全机总体结构设计 3.3.1全机总体结构布局 3.3.2零部件的结构设计 3.3.3零部件强度计算及校核 3.4小结4机械制图及仿真5完成论文及答辩实验方案:1建立了旋翼无人直升机的气动计算模型，重点是悬停状态下共轴双旋翼、涵道及其综合气动特性建模，进行了参数对气动特性的影响分析，并完成了旋翼直升机性能计算程序设计。2针对给定的设计要求，根据旋翼无人直升机的特点，进行了总体参数选择、性能计算以及总体布置。3利用CATIA软件完成了无人直升机总体方案设计。对该直升机的主要部件进行了初步的结构设计，并完成了电子样机设计。 4旋翼无人直升机飞行特性研究，研究包括飞行动力学建模、配平及操稳特性等，并在以上研究的基础上进行了飞行特性仿真研究。四 目标、主要特色及工作进度4.1目标：首先从无人直升机总体设计角度出发，根据国内外对旋翼无人机的研究成果，通过气动特性分析、飞机结构参数选择，完成一架小型旋翼无人直升机的总体设计。根据无人直升机的设训要求，选择了该直升机的结构型式和总体参数，并对其性能进行了计算。建立了旋翼无人直升机飞行动力学模型，对旋翼无人直升机进行了配平和操纵性和稳定性分析计算。最后在以上动力学研究的基础上，利用了已有的“基于模糊控制的直升机飞行控制系统实时仿真系统”对其进行了初步的仿真验证。 4.2主要特色： 初步设计了旋翼无人直升机的机身外形、旋翼系统、操纵系统，对全机总体结构进行了布置。既具有无人直升机一样的空中悬停、垂直起降等优点，又有旋翼无人机的高航程和快航速，并且会比无人直升机更加的安全。当直升机上旋翼停车时可应该改变飞行状态进入旋翼无人机状态，又或者是后面的推进旋翼停车时，又能以直升机状态继续任务。而且飞行起来灵活性相当高超，可用各种速度、用各种飞行剖面的航路进行飞行。 4.3.工作进度：1.撰写开题报告，外文翻译 2.17 - 3.8 3周2.查阅相关资料 3.10 - 3.31 3周3.总体传动方案设计 4.1 - 5.1 4周4.零部件的结构设计 5.4 - 5.17 2周5.零部件强度计算与校核 5.18 - 5.31 2周6.撰写毕业论文 6.1 - 6.20 3周五 参考文献 1 于琦军用无人驾驶直升机的现状与未来昌河科技20042 淳于江民，张 珩微型无人直升机技术研究现状与展望中科院力学研究所20043 徐新、曹喜金.世界军用直升机发展趋势.直升机技术2009年第3期，中国直升机设计研 究所20094 朱清华，张呈林 无人直升机设计关键技术2011年第11期，南京航空航天大学2004 5 张呈林郭才根直升机总体设计国防工业出版社20066 文裕武，温清澄等现代直升机应用及发展航空工业出版社20007 吴剑碟形无人直升机总体设计技术研究硕士学位论文南京航空航天大学20048 罗鹏无人直升机技术及应用第二十五届全国直升机年会论文20099 Sir Basil Biackwell and V A B Rogers Mechanical engineering aspects of helicopter design Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering 1985 199: 29 10 Akira SatoThe RMAX Helicopter UAV.Aeronautic OperationsYAMAHA MOTOR CO., LTD., Shizuoka, Japan11 Simulation System Design of