长航时重负载多旋翼无人机动力系统及其隔振设计

摘要

动力系统（动力装置）是制约无人机使用性能的重要因素，现有无人机动力系统难以做到兼顾动力性能和控制品质。本文以最大化无人机使用性能为目标，从动力源、动力执行器以及动力结构布局等方面入手，研究了长航时大负载多旋翼无人机的动力系统及其隔振设计问题。主要研究工作包括：
　　（1）在综合比较不同动力源、动力执行器及动力结构布局对动力性能和控制品质影响的基础上，提出了以二冲程汽油发动机作为无人机动力源，以二叶定距桨及配套电机作为无人机动力执行器，以多旋翼作为无人机动力结构布局的总体设计方案；
　　（2）设计了多旋翼无人机动力性能测试平台，对共轴双旋翼主桨动力模式和全发电动力模式的推进效率进行了定量对比实验研究，结果表明，“全发电模式”动力系统综合性能更加优越；
　　（3）在比较不同结构形式发动机的振源特性的基础上，设计了融合六维力传感器的动力系统振动测试平台，对对置双缸发动机和螺旋桨进行了振动测试实验研究，运用频谱分析确定了各振源特性，为系统隔振设计提供了理论依据；
　　（4）建立了多旋翼无人机二自由度振动定量分析模型，讨论了二自由度振动退化为单自由度振动的条件，采用被动隔振方法，完成了发动机双层隔振系统和机臂螺旋桨杠杆放大机构隔振系统的设计并验证了设计的合理性。

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1 绪论

1.1 课题背景与研究意义

1.2 国内外研究概况

1.3 本文的主要研究内容

2 总体设计

2.1 引言

2.2 动力源的选择

2.3 螺旋桨桨叶数量

2.4 直升机与多旋翼对比

2.5 本章小结

3 动力系统设计

3.1 引言

3.2 共轴双旋翼主桨模式

3.3 全发电模式

3.4 两种模式对比

3.5 本章小结

4 振源分析

4.1 引言

4.2 发动机振源分析

4.3 发动机振源测量

4.4 螺旋桨振源分析及测量

4.5 本章小结

5 隔振系统设计

5.1 引言

5.2 单自由度振动模型

5.3 二自由度振动模型的退化处理

5.4 隔振元件设计

5.5 发动机隔振设计

5.6 螺旋桨隔振设计

5.7 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献