陳子超 冷雪峰 張成茂

（臨沂大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，山東 臨沂 276000）

0 引言

復(fù)合材料在飛行器制造中占有重要地位，隨著高新技術(shù)的不斷開(kāi)發(fā)，越來(lái)越多的復(fù)合材料開(kāi)始利用在飛行器制造中。本文針對(duì)一種復(fù)合材料構(gòu)成的八旋翼飛行器進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1 八旋翼飛行器外形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)八旋翼飛行器大多采用碳纖維管做支架，用連接板固定碳纖維管和八旋翼飛行器的飛控、接收機(jī)、電調(diào)和電池等部件。這種方法制造八旋翼飛行器取材方便，互換性好，但是抗風(fēng)性和適應(yīng)性不強(qiáng)[1-2]。

為了提高八旋翼飛行器的抗風(fēng)性和續(xù)航性，本文制作的八旋翼飛行器采用了復(fù)合材料的壓膜成型技術(shù)，制作出機(jī)身質(zhì)量輕，抗風(fēng)性強(qiáng)的八旋翼飛行器結(jié)構(gòu)。該一體式結(jié)構(gòu)可有效減少自然因素對(duì)飛行器的影響，比如在雨天不容易損壞八旋翼飛行器的機(jī)械及電子設(shè)備。再根據(jù)八旋翼每個(gè)翼梁所受的彎曲、剪切、扭轉(zhuǎn)特點(diǎn)，在受力較大的部位進(jìn)行加強(qiáng)處理，保證該飛行器機(jī)身具有的安全系數(shù)。設(shè)計(jì)出的八旋翼飛行器主要結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 八旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2 八旋翼飛行器參數(shù)選擇

本文根據(jù)表1 的參數(shù)進(jìn)行了八旋翼飛行器的設(shè)計(jì)。

表1 八旋翼飛行器相關(guān)參數(shù)的選擇

由于八旋翼飛行器本身繞三軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、電機(jī)重心與飛行器的重心的間距是影響八旋翼飛行器角速度的主要因素，為了減小八旋翼飛行器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)飛機(jī)的控制干擾，應(yīng)使飛行器繞三軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、電機(jī)重心與飛行器的重心的間距盡可能小。

根據(jù)八旋翼飛行器的總體特征，我們采用復(fù)合材料通過(guò)壓膜成型使整個(gè)機(jī)身實(shí)現(xiàn)一體化，采用芳綸紙蜂窩復(fù)合材玻璃纖維及碳纖維等材料進(jìn)行鋪層，通過(guò)加溫抽真空等工藝壓膜成型，上下機(jī)體之間采用復(fù)合材料膠結(jié)工藝，制作出結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、整體質(zhì)量輕的一體式八旋翼機(jī)身[3-4]。

3 能源和動(dòng)力裝置選擇

正常情況下，一個(gè)高效率的電機(jī)效率值在12g/w 左右，一臺(tái)額定功率300w 的電機(jī)，最大拉力3.6kg。一臺(tái)八旋翼飛行器加上自身接近7kg 的重量，最大任務(wù)載荷只剩14.6kg。飛行器的動(dòng)力裝置完全由飛行器的旋翼提供，八個(gè)相同的子系統(tǒng)成對(duì)稱均勻分布，為了實(shí)現(xiàn)飛行器的載荷要求，本文選擇高速盤(pán)式電機(jī)作為動(dòng)力，該電機(jī)的特點(diǎn)是扭距大且效率高。電機(jī)的型號(hào)為颶風(fēng)新款C411KV400，根據(jù)電機(jī)的電流、拉力等選擇能達(dá)到最高效率的螺旋槳型號(hào)。

通過(guò)選定的電機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速、不同的螺旋槳與不同的電機(jī)功率下測(cè)得電機(jī)的功率、升力和效率之間的關(guān)系，選擇產(chǎn)生最高效率的螺旋槳型號(hào)：APC15*4，具體參數(shù)如表2 所示，該選擇可以有效提高八旋翼飛行器的飛行效率和續(xù)航性。

表2 螺旋槳相關(guān)參數(shù)的選擇

4 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)八旋翼飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選擇不合理導(dǎo)致續(xù)航時(shí)間短的問(wèn)題，通過(guò)研究八旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，以及飛行器的制作材料選擇，從而達(dá)到減輕飛行器的結(jié)構(gòu)重量，增強(qiáng)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，增加其續(xù)航時(shí)間。

［1］張征，吳和龍，吳化平，鮑雨梅，柴國(guó)鐘.正交鋪設(shè)碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的雙穩(wěn)態(tài)特性研究[J].功能材料，2013，44(2)：236-239.

［2］趙志敏.復(fù)合材料旋翼結(jié)構(gòu)優(yōu)化與軟件實(shí)現(xiàn)[M].大連：大連理工大學(xué)，2009.

［3］陳明，蘇永明.蜂窩結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的加工工藝和連接結(jié)構(gòu)應(yīng)用[J].城市建設(shè)，2010(15)：252.

［4］毛英坤，陸文明，李華，等.飛機(jī)旋翼用聚氨酯涂料的研制[J].涂料工業(yè)，2013，43(9)：26-30.