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原文传递一种带有可偏转翼梢小翼的无人机设计方法

专利名称：	一种带有可偏转翼梢小翼的无人机设计方法
摘要：	本发明一种带有可偏转翼梢小翼的无人机设计方法，分别通过对无人机主翼、倒V尾翼和可偏转翼梢小翼的设计解决了现今大多数无人机在做俯冲和爬升机动时具有大的高度损失，不能保证续航性，并且具有失速特性欠佳的问题。采用倒V形尾翼布局和后置螺旋桨动力方式。该布局不仅能以较少的部件总数来减小尾翼之间及尾翼与机身之间的干扰阻力，而且能减弱尾翼上的气流下洗以增强航向稳定性。同时该布局也可避免螺旋桨滑流，提高俯仰稳定性。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	陕西;61
申请人：	西北工业大学
发明人：	郭正涛;楚武利;张莎
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-29T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-28T00:00:00+0800
申请号：	CN201910084931.7
公开号：	CN109808913A
代理机构：	西北工业大学专利中心
代理人：	陈星
分类号：	B64F5/00(2017.01);B;B64;B64F;B64F5
申请人地址：	710072 陕西省西安市友谊西路127号
主权项：	1.一种带有可偏转翼梢小翼的无人机设计方法，其特征在于具体步骤如下：步骤一：无人机主翼的设计：根据设计点马赫数和升阻比的要求，依据普朗特升力线理论确定主翼取展弦比λ和根梢比η，无人机主翼展长为bw，由公式(1)、(2)计算得主翼平均几何弦长CW、主翼翼根弦长b0和翼尖弦长b1；步骤二：倒V尾翼的设计：首先，设定尾翼的布置方式是垂尾和平尾的布置方式；然后分别设计等效的水平尾翼和垂直尾翼，设定无人机平尾容量CHT，垂尾容量CVT，结合步骤一中主翼的设计参数Cw、bw及主翼参考面积公式(3)、尾容量公式(4)、力臂经验公式(5)，求出取整后的平尾面积SHT，垂尾面积SVT，尾力臂L； S＝(b1+b0)×bw (3) LHT＝KCW (5) 式中，LHT和LVT分别代表平尾力臂和垂尾力臂，S为机翼参考面积，LHT＝LVT＝L；K＝1.9-2.5； V型尾翼的总面积与等效水平尾翼和垂直尾翼的面积之和相等，见公式(6)； SV＝SVT+SHT (6) 然后，将倒V尾的夹角调整到等效垂尾和平尾面积之比的平方根的反正切，即倒V尾的夹角为90°；设定尾翼梢根比η′,尾翼根部弦长bT0；由式(6)、(7)求得单个尾翼翼尖弦长bT1，尾翼展长bTw； SV＝(bT1+bT0)×bTw (7) 步骤三：可偏转翼梢小翼展向位置的确定：可偏转翼梢小翼的长度S与步骤一中求得的主翼展长bw的关系式为： s＝0.1bw (12) 依据公式(12)求解S，从而确定翼梢小翼在主翼展向上的位置；步骤四：确定翼梢小翼偏转角θ与飞机巡航速度下气动性能的变化关系：设定朝向主翼上表面的方向为正，构建翼梢小翼偏转角θ分别为-60°、-30°、0°、30°、60°、90°的6种状态下的几何模型，迎角在-3°～27°范围内每隔3°进行均匀来流无攻角的CFD数值计算，得到不同小翼偏转角θ下升力系数CL、升阻比k和俯仰力矩系数Cm随迎角变化的关系，确定处在设定巡航速度下，不同迎角对应的最优小翼偏转角；步骤五：翼梢小翼与主翼的连接及舵面参数的确定：设定舵机的转角为150°，能够实现翼梢小翼从-60°～90°的偏转；依据步骤一到步骤四中无人机的整体参数设计，确定副翼面积为机翼面积的5％～8％，副翼宽度为翼梢小翼翼根弦长的20％～25％，副翼位置从主翼35％半展长处延伸至主翼70％半展长处；单个尾舵占单个尾翼面积的25％～28％，宽度占单个尾翼翼根弦长的25％～30％。 2.根据权利要求1所述带有可偏转翼梢小翼的无人机设计方法，其特征在于：在所述步骤四中设定(1)在巡航速度v＝30m/s下，迎角α∈[-3°，18°)∪(21°，27°]时，小翼偏转角θ＝90°；迎角α∈[18°，21°]时，小翼偏转角θ＝-60°；(2)在巡航速度v＝30m/s下，在迎角3°时小翼偏转角0°。 3.根据权利要求1所述带有可偏转翼梢小翼的无人机设计方法，其特征在于：所述无人机采用桁梁式机身、双梁式机翼和尾翼；机身截面、机翼及尾翼截面均采用厚度为2mm的松木利用激光雕刻机雕刻而成。 4.根据权利要求1所述带有可偏转翼梢小翼的无人机设计方法，其特征在于：所述翼梢小翼和主翼通过舵机、舵机连杆和舵机架连接。 5.根据权利要求1所述带有可偏转翼梢小翼的无人机设计方法，其特征在于：所述无人机的机身、机翼和尾翼之间通过碳纤维杆连接，保证碳纤维杆与机身、机翼、尾翼的连接处为过盈配合。 6.根据权利要求1所述带有可偏转翼梢小翼的无人机设计方法，其特征在于：所述无人机的电机设置于机身后部，所述电机安装使用盒式结构，用于提高电机安装的稳定性，减少由于机械振动对动力性能的影响。
所属类别：	发明专利