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包郵 無人機系統設計

出版社：清華大學出版社出版時間：2019-02-01
開本： 16開 頁數： 188
本類榜單：教材銷量榜
中 圖 價:¥32.8(6.7折) 定價  ¥49.0 登錄后可看到會員價
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無人機系統設計 版權信息

無人機系統設計 本書特色

《無人機系統設計》取材來源于實踐，取材新穎、內容豐富、概念清楚易懂，具有很強的可操作性。本書并不包括對繁瑣數學公式的推導，而是側重講述無人機系統設計。本書適合作為無人機、飛機、直升機、航空工程、電子、自動化及相近專業等專業高職高；虮究平滩，也可作為無人機、航空工程技術人員的參考書。 《無人機系統設計》取材來源于實踐，取材新穎、內容豐富、概念清楚易懂，具有很強的可操作性。

無人機系統設計 內容簡介

《無人機系統設計》系統而全面地介紹了無人機系統設計的主要內容和知識體系。全書共分6章，第1章概述，第2章無人機系統總體設計，第3章無人機飛行平臺結構設計，第4章無人機飛控導航系統設計，第5章無人機任務規劃和控制站，第6章無人機系統數據鏈路技術

無人機系統設計 目錄

第1章概述
1.1與無人機相關的基礎知識
1.1.1飛行器的基本概念
1.1.2無人機的定義和特點
1.2系統工程的基礎知識
1.2.1系統工程的基本概念
1.2.2系統工程方法論的基本概念
1.3并行工程的基礎知識
1.3.1并行工程的定義和背景
1.3.2并行工程的作用及其關鍵技術
1.4無人機系統的基本概念
1.4.1無人機系統的定義和組成
1.4.2無人機系統的分類
1.4.3國外典型的無人機系統案例
思考題1
第2章無人機系統總體設計
2.1無人機系統設計的基本概念
2.1.1無人機系統研制流程和設計的定義
2.1.2無人機系統設計的重要性和任務
2.2無人機系統生命周期管理
2.2.1無人機研制項目的生命周期
2.2.2無人機系統設計研制階段的工作任務
2.3無人機系統客戶需求分析和風險管理
2.3.1客戶和客戶需求的定義
2.3.2無人機研制項目客戶需求分析報告
2.3.3無人機研制項目的風險管理
2.4無人機總體外形設計和總體結構
2.4.1無人機總體外形設計
2.4.2固定翼無人機的總體結構
2.4.3旋翼無人機的總體結構
2.5無人機總體參數的選擇
2.5.1固定翼無人機總體參數的選擇
2.5.2旋翼無人機總體參數的選擇
思考題2
第3章無人機飛行平臺結構設計
3.1無人機結構設計的基本概念
3.1.1無人機結構和結構設計的定義
3.1.2無人機結構設計的基本要求和結構材料
3.2無人機機身結構設計
3.2.1無人機機身承受的外載荷和受力特點
3.2.2無人機機身典型結構形式和傳力分析
3.2.3無人機機身基本承力構件設計
3.3無人機起落裝置結構設計
3.3.1無人機起飛升空方式
3.3.2無人機的著陸和回收方式
3.3.3無人機輪式起落架的配置形式
3.3.4無人機輪式起落架的基本組成
3.3.5無人機輪式起落架的結構設計
3.3.6旋翼無人機滑橇式起落架
3.4固定翼無人機機翼、尾翼結構設計
3.4.1固定翼無人機機翼的基本構造和外載
3.4.2固定翼無人機機翼的組成構件
3.4.3固定翼無人機機翼的結構形式
3.4.4固定翼無人機尾翼的結構設計
3.5旋翼無人機旋翼系統結構設計
3．5．1旋翼無人機旋翼槳轂結構形式
3．5．2旋翼無人機旋翼動力學特性
3．5．3旋翼無人機旋翼槳葉結構設計
3．5．4旋翼無人機尾槳結構設計
思考題3
第4章無人機飛行控制導航系統設計
4.1無人機自動飛行控制的基本概念
4．1．1無人機飛行品質和GNC技術的定義
4．1．2無人機飛行控制方式和原理
4．1．3無人機飛行控制系統的總體結構和分層結構
4.2無人機飛行控制導航系統設計
4．2．1無人機飛行控制導航系統的功能和設計要求
4．2．2無人機飛行控制導航系統的組成和特點
4．2．3無人機飛行控制導航系統設計
4.3無人機導航系統和機載傳感器
4．3．1無人機導航系統
4．3．2無人機機載傳感器
4．3．3無人機避障傳感器
4.4無人機制導控制系統
4．4．1無人機制導控制系統的基本概念
4．4．2無人機飛行控制律設計
4．4．3無人機制導技術的類型
4．4．4無人機的伺服執行機構
4.5無人機開源飛行控制導航系統
4．5．1開源軟件和開源硬件的基本概念
4．5．2無人機開源飛行控制導航系統的基本概念
4．5．3無人機開源飛行控制導航系統的類型和選擇
思考題4
第5章無人機任務規劃和控制站
5.1無人機任務規劃的基本概念
5．1．1任務規劃的定義和特點
5．1．2任務規劃系統的定義和功能
5．1．3無人機任務規劃系統的定義、功能、流程和特點5.2無人機任務規劃方法
5．2．1傳統優化算法
5．2．2智能優化算法
5.3無人機任務規劃的數字地圖技術
5．3．1數字地球的基本概念
5．3．2地理信息系統
5．3．3數字地圖
5.4無人機地面控制站的基本概念
5．4．1無人機地面控制站的定義和功能要求
5．4．2無人機地面控制站系統的組成
5.5無人機地面控制站的分類、配置和轉移運輸
5．5．1無人機地面控制站的分類
5．5．2無人機地面控制站配置和轉移運輸
思考題5
第6章無人機系統數據鏈路技術
6.1無人機系統數據鏈路的基本概念
6．1．1無人機系統數據鏈路的定義和組成
6．1．2無人機系統數據鏈路的職能和類型
6.2數字通信和數字通信系統
6．2．1數字通信的定義和特點
6．2．2模數轉換和數模轉換
6．2．3數字通信系統的組成和傳輸媒介
6．2．4數字通信系統的性能指標、數據糾錯方法和可用率
6.3數字通信的編碼和調制解調技術
6．3．1數字通信的編碼技術
6．3．2數字信號的調制解調技術
6．3．3數字信號主要的調制方式
6.4數字通信系統的同步技術與天線技術
6．4．1數字通信系統的同步技術
6．4．2數字通信系統的天線技術
思考題6
參考文獻
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無人機系統設計 節選

　　第3章無人機飛行平臺結構設計　　主要內容　　無人機結構設計的基本概念！　o人機機身結構設計！　o人機起落裝置結構設計。　　固定翼無人機機翼、尾翼結構設計！　⌒頍o人機旋翼系統結構設計！　3.1無人機結構設計的基本概念　　無人機飛行平臺結構設計(以下簡稱無人機結構設計)是指運用傳統有人航空器(飛機或直升機)結構設計的相關理論與技術方法，設計出滿足總體設計方案要求的無人機，解決無人機性能與所執行任務特性、搭載載荷、飛行性能及結構強度要求之間的匹配性問題！　3.1.1無人機結構和結構設計的定義　　1. 無人機結構的定義　　所謂“結構”指的是受力系統，是指能承受和傳遞載荷，并能保持足夠強度和剛度的零部件總稱。無人機結構是能夠承受和傳遞載荷的受力系統，外載荷在結構中以內力的形式傳遞，并*終實現相互平衡。它是構成無人機系統的基礎，其主要功能是承受和傳遞作用在它上面的各種載荷，維持一定的外部和內部形狀，以滿足無人機空氣動力學、動力裝置安裝、結構靜強度和疲勞強度、結構動力學、氣動彈性力學、任務裝載、飛行控制、生產工藝、使用維護和安全等各方面的要求，如圖31所示！　D31“全球鷹”無人機結構　　2. 無人機結構設計的定義　　無人機結構設計是指根據總體設計技術方案、總體布置圖、結構外形三維視圖、規定的載荷情況以及結構設計的原始條件，結合結構設計的基本要求，提出合理的設計方案以及進行具體細節考慮，設計出合乎使用要求且滿足結構設計基本要求的飛行平臺，為試制和批量生產提供全套的圖紙和技術文件，以使生產單位能根據這些圖紙和技術文件進行生產。　　結構打樣圖也就是部件或組件的結構設計草圖。部件打樣圖需把部件的結構方案協調關系與裝配關系確定下來。在結構打樣階段，常常還需要畫一些協調圖以明確重要部件、復雜部件的協調關系。結構打樣圖與協調圖是不與生產單位見面的，它是設計員在進一步具體設計時所需要的中間過程圖紙。　　零件圖應表示出生產該零件所需的一切依據。裝配圖應表示出零件間(或構件間、組件間、部件間)的裝配關系，在需要時還可輔以技術文件。零件圖與裝配圖是生產圖紙，供生產單位生產使用！　3.1.2無人機結構設計的基本要求和結構材料　　1. 無人機結構設計的基本要求　　1) 空氣動力學要求　　無人機結構設計要求與氣動阻力、升力和力矩特性有關，對無人機的功率損失、飛行性能、操縱性和穩定性有很大的影響。無人機結構設計應使結構構造的外形滿足規定的外形準確度要求和表面質量要求，盡量提高結構表面的光滑度。　　2) 強度、剛度和重量要求　　無人機結構設計應保證結構在承受各種規定載荷的狀態下具有足夠的強度和剛度，不產生不能容許的殘余變形，以及避免出現不能容許的氣動彈性問題與振動問題，具有足夠的使用壽命等。但并不是要求強度和剛度越大越好，因為增大強度和剛度往往伴隨著增加結構重量，從而影響無人機的飛行性能和有效載重，因此在滿足一定的強度和剛度要求的前提下，應盡可能減輕結構重量！　3) 結構動力學要求　　無人機結構設計要符合結構動力學要求，須采取措施控制和降低無人機結構部件在飛行過程中的振動水平。因為無人機由動部件產生的交變載荷會引起結構振動，這種振動會影響無人機的飛行使用并使結構產生疲勞，因此在結構設計中要注意通過結構調整合理地布置動部件的固有頻率，并且采取特殊措施，如采用減振、吸振和隔振設計。　　4) 耐損性要求　　無人機結構的耐損性包括兩種能力，即耐彈擊損傷的能力和抗墜毀的能力。在無人機結構設計中，應使結構在被炮彈射中后引起空中起火、墜落或其他災難性后果的可能性降至*低程度，并盡量提高無人機機載設備的耐沖擊力，提高主要結構承力部件的抗墜毀能力！　5) 使用維護要求　　為了確保無人機的各個部分，包括安裝在機體內的電子設備、燃油系統等各個重要設備和系統，以及主要結構能安全可靠地工作，需要在規定的周期檢查各個指定的地方，如發現損傷，則需要進行修理或更換，因此在結構上需要布置合理的分離面與各種開口！　6) 工藝要求　　要求無人機結構的工藝性好，好加工、成本低等。工藝要求要結合產品的產量、機種、需求迫切性與加工條件等綜合考慮。　　2. 無人機主要結構材料　　為了減輕結構質量，除了采用合理的結構形式以外，*有效的方法是選用強度高、剛度大、質量輕、耐高溫、抗低溫、疲勞/斷裂特性好、加工性能良好以及價格低廉的材料。目前，飛機結構使用的主要材料有以下幾類。　　(1) 鋁合金。鋁合金是在鋁中加入銅、鋅、鎂、鋰、硅等元素形成的合金，具有較高的強度和剛度、較輕的質量、工藝性能優良、成形方便、成本低等其他合金所不能比擬的優點，成為飛機的主要結構材料！　(2) 鎂合金。鎂的比重大約是鋁的2/3，是鐵的1/4，是實用金屬中*輕的金屬，具有高強度、高剛性的特點。鎂合金是以鎂為基礎加入其他元素組成的合金，特點是密度小(1.8g/cm3左右，約為鋁的64%，鋼的32%)，強度高，比彈性模量大，散熱好，消震性好，承受沖擊載荷能力比鋁合金大，耐有機物和堿的腐蝕性能好。由于鎂合金很輕，具有良好的機械加工性，可廣泛應用于無人機的非主要受力構件上，還可以用來制造起落架上的剎車輪轂！　(3) 合金鋼。合金鋼是在普通碳素鋼的基礎上添加適量的一種或多種合金元素而構成的鐵碳合金。根據添加元素的不同，并采取適當的加工工藝，可獲得高強度、高韌性、耐磨、耐腐蝕、耐低溫、耐高溫、無磁性等特殊性能。由于合金鋼具有較高的強度，性能穩定，工藝簡單，成本低廉，是制造承受大載荷的接頭、起落架和主梁等構件*合適的材料！　(4) 鈦合金。鈦的密度小(4.5g/cm3)，但其強度卻接近于鋼。鈦合金是以鈦元素為基礎加入其他元素組成的合金。鈦是同素異構體，熔點為1668℃，在低于882℃時呈密排六方晶格結構，稱為α鈦； 在882℃以上呈體心立方晶格結構，稱為β鈦。利用鈦的上述兩種結構的不同特點，添加適當的合金元素，使其相變溫度及組分含量逐漸改變而得到不同組織的鈦合金。用鈦合金制造的結構可以明顯地減輕結構質量。此外，鈦合金具有良好的抗腐蝕性及超低溫性能。鈦合金的主要缺點是加工成形比較困難，成本也較高。　　(5) 復合材料。復合材料是由兩種或多種材料復合而成的多相材料。復合材料中起增強作用的材料稱為增強體，起粘結作用的材料稱為基體。復合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類。金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金。非金屬基體主要有合成樹脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。增強材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、石棉纖維、晶須、金屬絲和硬質細粒等。復合材料具有優異的性能，其密度低，強度和剛度高，抗疲勞性能、減震性能等較好，而且可以對其力學性能進行設計！　(6) 化工材料。除了以上主要工程材料外，在航空結構中還采用了種類繁多的化工材料。例如用于連接不同部件的膠黏劑，用于制造座艙密封蓋的聚碳酸酯玻璃，用于制造航空輪胎的各種橡膠，還有為了防腐蝕甚至增強隱身性能的涂料等。　　3.2無人機機身結構設計　　機身是無人機*重要的部件之一，它是整架無人機的軀干和受力基礎，不僅要將無人機的其他部件，如機翼(或旋翼)、尾翼(或尾槳)及發動機等連接成一個整體，還要承受各連接部件傳來的載荷，承受裝載在機身內部的設備、任務載荷及本身的重力和慣性力！　3.2.1無人機機身承受的外載荷和受力特點　　1. 無人機機身承受的外載荷　　機身的主要用途是支持和固定無人機的其他部件，并把它們連接成一個整體，使其成為能滿足一定技術要求的無人機。作用在無人機機身上載荷主要由以下4部分組成：　　(1) 設備和任務裝載引起的質量力！　(2) 機身結構的質量力！　(3) 各部件傳來的集中力！　(4) 作用在飛機機身上的空氣動力！　τ跈C身總體強度來說，第4部分不是主要的，一般不加考慮，但它對機身局部強度有時是很重要的！　2. 無人機機身受力特點　　1) 固定翼無人機機身受力特點　　固定翼無人機機身內的設備和任務裝載與機身結構本身都會產生質量力，其中尤以各種裝載的質量力影響較大。沿軸線各點上的過載大小與方向不一定相同，故也會影響到質量力的大小與方向。質量力有的為集中力形式(如裝載通過集中接頭連到機身結構上時)，有的為分布力形式(如機身艙內載重的質量力)，如圖32所示！　D32固定翼無人機機身表面壓力分布(對稱情況)　　無人機其他部件傳來的載荷主要指在飛行或起飛著陸滑跑中由機翼、平尾、垂尾或起落架上傳來的載荷。若發動機安裝在機身上，則還有發動機推力和陀螺效應產生的集中力！　」潭ㄒ頍o人機機身上的全部載荷在機翼處得到平衡，因此可把機身看成是支持在機翼上的雙支點(或多支點)外伸梁。根據各種設計情況下的載荷，機身會產生在垂直對稱面內和水平面內的彎曲以及繞機身軸線的扭轉，相應地在機身結構中引起兩個平面內的剪力、彎矩和繞縱向軸的扭矩等內力。對于機身，垂直方向和水平方向的載荷為同一數量級，且機身結構在這兩個方向上的尺度又相差不大，因此在機身結構分析時，兩個方向上的載荷都要考慮！　2) 旋翼無人機機身受力特點　　旋翼無人機機身上承受的各連接部件傳來的載荷一般都是由連接接頭以集中力的方式傳給機身，在這些載荷中包括各部件的質量力和空氣動力。例如，作用在旋翼軸上的旋翼、平尾和垂尾上的空氣動力，以及旋翼、平尾、垂尾、自動傾斜器和主減速器等的質量力，都要通過主減速器架與機身的連接接頭傳遞到機身上。這些外載荷主要包括旋翼拉力Ts、后向力Hs、側向力Ss和反扭矩Mk，旋翼槳轂的俯仰力矩Mzhu和滾轉力矩Mxhu，機身氣動力矩MF和機身氣動阻力QF，尾槳拉力TTR和反扭矩MkTR，平尾升力-YHT和阻力DHT，垂尾升力TVT和阻力DVT等。垂尾升力是旋翼無人機的側向力，對航向配平和航向穩定性起重要作用,有時把垂尾作為機身的一部分，其空氣動力不單獨列出，如圖33所示。在旋翼無人機著陸情況下，地面對起落架的撞擊載荷與起落裝置的質量力通過起落架連接接頭傳給機身，在飛行情況下則只有起落裝置的質量力傳給機身。　　圖33旋翼無人機身外載荷分布　　計算機身的質量力時，一般只計算機身內部設備和任務裝載以及機身結構本身的質量力，機身結構本身的質量力應按照機身結構的質量分布計算分布載荷。　　3.2.2無人機機身典型結構形式和傳力分析　　1. 無人機機身典型結構形式　　無人機機身的具體結構雖然多種多樣，但從結構承力形式來看大致可分為3類。　　1) 桁架結構　　桁架是一種由直桿組成的一般具有三角形單元的平面或空間結構，主要承受軸向拉力或壓力，從而能充分利用材料的強度，減輕自重和增大剛度。　　桁架通過對上下弦桿和腹桿的合理布置，可適應結構內部的彎矩和剪力分布。由于水平方向的拉、壓內力實現了自身平衡，整個結構不對支座產生水平推力。桁架的優點是結構布置靈活，應用范圍非常廣。桁架梁和實腹梁相比，在抗彎方面，由于將受拉與受壓的截面集中布置在上下兩端，增大了內力臂，使得以同樣的材料用量，實現了更大的抗彎強度。在抗剪方面，通過合理布置腹桿，能夠將剪力逐步傳遞給支座。這樣無論是抗彎還是抗剪，桁架結構都能夠使材料強度得到充分發揮！　o人機桁架式機身骨架由鋼材或鋁合金制成，并且用實心桿件或管材做成撐桿，通過焊接、鉚接或螺栓連接成為整體。小型無人機機身采用桁架結構的比較多，常用的桁架結構有普拉特式(N形桁架)和瓦倫式(W形桁架)兩種，這兩種形式都是圍繞機身大梁搭建桁架結構，大梁作為承載扭曲和彎曲的主要部件。普拉特式桁架的機身大梁由橫向和垂直鋼管連接，通過對角連接件加強，鋼管承受拉伸載荷，如圖34(a)所示。瓦倫式桁架主要依靠對角件來承受拉伸和壓縮載荷，如圖34(b)所示。通常在桁架式結構外固定整形用的隔框、桁條和蒙皮，用于維持外形，減小機身阻力。桁架結構盡管強度重量比高，但制造花費高！　D34桁架式結構　　2) 薄壁結構　　薄壁結構一般是由縱向結構元件(梁、桁條)和橫向結構元件(隔框)組成的骨架，以及覆蓋在它們外面并形成光滑表面的受力蒙皮相互連接而組成的空間結構。薄壁結構按承力形式可分為以下3種類型！　(1) 桁梁式結構。桁梁式結構由大梁、桁條、蒙皮和隔框等鉚接在一起，成為一個受力的整體。其中大梁較強，全機的彎曲、扭轉、剪切載荷主要由大梁來承受； 桁條較弱，僅起支持蒙皮維持外形的作用； 蒙皮厚度很薄，剛度較小，蒙皮只以剪應力的形式承受和傳遞扭矩，幾乎不參與承受和傳遞彎矩，另外蒙皮還承受由加強隔框傳來的各部件的集中載荷； 隔框與桁條用來保持機身的外形，其中加強隔框還承受各部件傳來的集中載荷，并分散給蒙皮，因此，加強隔框與蒙皮鉚接在一起，如圖35(a)所示！　D35機身薄壁結構　　桁梁式結構形式的機身與桁架式機身相比，由于桁條和蒙皮參與了總體受力，材料利用較合理，抗扭剛度較大，內部容積利用較充分。此外，由于大梁較強，這種結構的機身便于開大艙口。顯然，這對機身結構設計有著重要的意義！　(2) 桁條式結構。桁條式結構又稱半硬殼式結構，它沒有大梁，蒙皮較厚，桁條較多、較粗，結構分段處的傳力接頭的布置也較分散，機身彎矩全部由蒙皮與桁條承受，其他受力與桁梁式機身相同，如圖35(b)所示。桁條式結構的受力特點是： 桁條同時起到支持蒙皮和承受彎矩的作用，由于蒙皮較厚，剛度較大，它不僅以剪應力的形式承受和傳遞扭矩，而且還不同程度地與桁條一起以正應力的形式承受和傳遞彎矩！　∮捎诿善ず丸鞐l的增強，桁條式機身易于保持外形，改善了機身的空氣動力性能，并增大了機身的抗扭剛度？傊，桁條式結構材料的利用更為合理，結構受彎也不像桁梁式那樣集中于幾根大梁，而是分散在蒙皮和桁條上，故其生存力較強。但另一方面，正是由于這一特點，機身不便于開大艙口！　(3) 硬殼式結構。硬殼式結構又稱為蒙皮式結構。這種機身結構沒有縱向骨梁(如桁條)，只有剛度較大的蒙皮和橫向隔框，如圖35(c)所示。蒙皮很厚，是主要的承力構件，它除了以剪應力的形式承受和傳遞剪力和扭矩外，還以正應力的形式承受和傳遞彎矩。硬殼式結構的優點是抗扭剛度很大，可以更好地保持機身結構外形，氣動性能好，承受局部載荷能力強，由于承力構件分布均勻，因而生存力更強。其較為顯著的缺點是結構重量較大，不易開大艙口！　3) 復合材料夾層結構　　雖然無人機可采用多種不同的材料制造，但當前的發展趨勢是使用復合材料。復合材料夾層結構由強度很高的面板和強度較低的輕質夾芯材料組成，在彎曲荷載下，上下面板承擔主要的拉應力和壓應力，芯材主要承擔剪切應力。芯材的力學作用機理是連接上下面板使之成為整體構件，讓薄而強的面板在承擔較高拉壓應力時不發生屈曲，并將剪力從外面板傳向內面板！　〗陙，復合材料日益廣泛地應用于航空飛行器機翼和機身結構，與鋁合金相比，它的比強度、比剛度高，可以大大減輕飛行器結構重量，而且破損安全性好，成形工藝簡單，所以受到人們的普遍重視。例如，美國“全球鷹”固定翼無人機復合材料占結構重量的比例高達65%，大量輕質、高強度復合材料的應用是“全球鷹”固定翼無人機實現重量控制目標的關鍵。當前，隨著復合材料技術的快速發展，出現了融合體結構、模塊化結構、纏繞結構、三維多向編織結構、層壓板加縫紉結構、復合材料智能結構和樹脂傳遞模塑(RTM)技術制造結構等多種形式。常用典型的復合材料夾層板結構形式有薄壁式夾層結構、A型夾層結構和三層夾層結構！　(1) 薄壁式夾層結構。這種夾層結構的機身蒙皮一般使用玻璃纖維布材料，如圖36所示。對于有透波要求的蒙皮，其*佳厚度是相應入射角下介質材料的半波長的倍數！　(2) A型夾層結構。這種夾層結構由兩層比較致密的面板和一層較厚的低密度芯材組成，如圖37(a)所示，這種結構具有較高的強度與重量比。面板一般是玻璃纖維布或石英布，芯材一般是泡沫、玻璃布或芳綸紙蜂窩！　(3) 三層夾層結構。這種夾層結構具有兩層外面板和一層中間面板，面板之間有兩層芯材，如圖37(b)所示！　D36薄壁式復合材料蒙皮設計示例　　圖37復合材料夾層結構　　2. 無人機機身結構的傳力分析　　結構的傳力分析是指當支承在某基礎上的一個結構承受某種外載荷時，分析這些外載如何通過結構的各個構件傳遞給支承它的基礎。在無人機的結構設計中，傳力路線應盡量短而直接，以充分利用結構的承載能力，有效地減輕結構重量。無人機結構的絕大部分構件都是為了合理地傳遞載荷而布置的，因此為了設計出符合*小重量要求的滿意的結構，必須首先弄清各種結構中載荷的傳遞規律。無人機的機翼(或旋翼)、尾翼(或尾槳)和起落架等部件的集中載荷*后都要傳遞到機身上，由機身提供支反力與之相平衡！　o人機的機身結構由蒙皮、隔框、大梁和桁條等承力構件組成，各部件的集中載荷直接傳遞到機身的加強隔框上，由于加強隔框周緣是與蒙皮鉚接在一起的，因此加強隔框沿鉚縫把載荷以剪流的形式傳給蒙皮，由蒙皮本身承受和傳遞全部剪力和扭矩，與此同時加強隔框將彎矩傳遞給大梁和桁條！　1) 垂直載荷傳力分析　　無人機機身加強隔框在承受垂直方向的對稱載荷時，要沿垂直方向移動。大梁抵抗垂直方向變形的能力很小，不能有效地阻止隔框垂直移動； 而蒙皮(尤其是兩側蒙皮)抵抗垂直方向變形的能力較大，能有效地阻止隔框垂直移動。因此，蒙皮是支持加強隔框的主要承力構件。這時，加強隔框沿兩邊與蒙皮連接的鉚縫把集中載荷以剪流的形式分散地傳給蒙皮，蒙皮則產生反作用剪流來平衡加強隔框上的載荷。由于沿加強隔框周緣各部分蒙皮抵抗垂直方向變形的能力不同，周緣剪流的分布是不均勻的。機身兩側的蒙皮抵抗垂直方向變形的能力比上下蒙皮強，因此這個部位剪流較大。為了研究方便，可以認為作用在加強隔框平面內的垂直載荷完全傳給了兩側蒙皮，并由它產生的反作用剪流來平衡。當加強隔框受到不對稱垂直集中載荷作用時，可以把不對稱集中載荷分解為對稱和不對稱兩部分。不對稱集中載荷部分相當于作用在加強隔框上的一個扭矩，加強隔框沿周緣的鉚釘把扭矩以剪流的形式均勻地傳給蒙皮，蒙皮則產生反作用剪流，形成對加強隔框中心的反力矩，使加強隔框平衡。　　2) 水平載荷傳力分析　　作用于無人機機身加強隔框的水平載荷通常是不對稱的，它對加強隔框的作用相當于一個作用于加強隔框中心處的力(即對機身的剪力)和一個對加強隔框中心的力矩(即對機身的扭矩)。無人機機身加強隔框傳遞作用于中心處的力的情況與傳遞垂直載荷相似，它同樣是沿鉚縫以剪流的形式將載荷分散地傳給蒙皮的。但由于力的方向是水平的，所以，機身上下蒙皮截面上產生的剪流*大！　o人機機身加強隔框承受扭矩時，要在自己的平面內旋轉。蒙皮組成的合圍框具有較大的抗扭剛度，它能通過鉚釘來阻止加強隔框旋轉。這樣，加強隔框便沿周緣鉚縫把扭矩以剪流的形式均勻地傳給蒙皮，蒙皮則產生反作用剪流，形成對加強隔框中心的反力矩，使加強隔框平衡。無人機機身加強隔框承受水平載荷時，加強隔框周緣要同時產生兩個剪流，即平衡力的剪流和平衡力矩的剪流。周緣各處的總剪流的大小就是這兩個剪流的代數和！　3.2.3無人機機身基本承力構件設計　　1. 無人機機身的蒙皮　　無人機機身蒙皮的作用是維持無人機外形，使之具有良好的空氣動力特性。蒙皮直接與外界接觸，受力復雜，所以不僅要求蒙皮材料強度高、塑性好，還要求表面光滑，有較高的抗蝕能力等！　o人機機身蒙皮可以用板材、帶縱向構件的壁板、蜂窩(或其他)夾芯壁板或整體壁板制成。對無人機機身來說，無論是沿縱向還是橫向，蒙皮通過縱向或橫向骨架元件，用三四排鉚釘實行搭接式連接，因為采用這種連接方式時不再需要連接墊塊，桁條在中間，兩塊搭接板的對接接頭從桁條向兩側展開，如圖38所示。這種連接方式的工藝性好，且便于進行檢查，具有更高的耐久性。不過對于小型無人機，更適合采用對接的方法！　D38板材蒙皮的對接方式　　2. 無人機機身的桁條和桁梁　　桁條式機身的桁條和蒙皮較強，受壓穩定性好，彎矩引起的軸向拉、壓載荷全部由上、下部的蒙皮和桁條組成的壁板承受。由于蒙皮加厚，改善了機身的空氣動力性能，增大了機身結構的抗扭剛度，所以與桁梁式機身相比，它更適用于較高速固定翼無人機。此外，桁條式機身的蒙皮和桁條在結構受力中能夠得到充分利用。但是，這種機身由于沒有強有力的大梁，不宜開大的艙口，如果要開口，應必須在開口部位用專門構件加強。　　從構造形式上看，無人機機身桁條結構和桁梁結構都有簡單式(從橫剖面看，只有一個結構元件)和組合式(從橫剖面看，有幾個結構元件)兩種類型，其中桁梁結構采用組合式較多。簡單式桁條和桁梁一般采用標準的擠壓和板彎型材，桁梁有時用專門的擠壓型材。用作桁條和桁梁的擠壓和板彎型材如圖39所示。桁梁結構采用的組合式構型一般由兩個(很少用3個)型材鉚接而成，這便于對桁梁結構需要的一邊進行加強。有時候則是因為工藝需要而采用組合式結構！　D39組合式機身桁條和大梁的剖面圖　　3. 無人機機身的隔框　　無人機機身隔框結構是機身的主要傳力及承力結構，其結構通常主要由框緣、加強筋及腹板組成。框緣及加強筋是隔框的主要受力部位，在結構傳力中起主導作用，腹板能夠承受一定的面內剪力和正應力。同時，為了減輕結構重量，滿足電纜敷設等要求，通常在隔框腹板上開出一些孔洞。從受力的觀點來看，隔框分為普通隔框和加強隔框兩類！　1) 普通隔框　　無人機機身普通隔框結構的作用是保持機身外形，支持蒙皮，提高蒙皮的穩定性，以利于承受局部空氣動力載荷。它所承受的載荷不大，一般采用板材分段彎制而成，其外緣形狀與機身截面相似，內緣往往與機身內部布置相協調，這樣內、外緣之間的距離是變化的。為了保證隔框的強度，內、外緣隔框都有翻邊，另外，為了減輕重量，隔框的腹板上都有許多開孔。由于普通隔框的整體剛性較差，裝配時通常將普通隔框的一部分與桁條和蒙皮先組成壁板，然后在部件裝配和總裝配時形成整體的隔框。　　2) 加強隔框　　加強隔框除了具有普通隔框保持氣動外形的作用之外，主要功用是將裝載的質量力和其他部件上的載荷經連接接頭傳遞到機身結構上，將集中力加以分散，然后以剪流的形式傳給機身蒙皮，所以它是一個在集中力和分布剪流作用下平衡的平面結構。與普通隔框相比，它的尺寸和重量都比較大。加強隔框的結構形式與機身外形、內部裝載布置、集中力大小、性質以及支持它的機身結構的特點有密切關系。從受力形式上看，加強隔框基本分為環形框和腹板框兩大類，如圖310所示。　　……

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