发布日期:2016年10月26日 09:29
云台可三轴精确定向的无人直升机系统
来源:第十二届“挑战杯”作品
小类:机械与控制
大类:科技发明制作A类
简介:云台可三轴精确定向的无人直升机系统项目秉承设计、制造、飞行简单可靠,最终成果实用性强、性能优异的理念;所研制的直升机平台在云台可三轴精确定向、系统减震、复合材料轻强化设计等方面,都具有较好的创新性。该飞机是由上下行无线舆链路、微波、控制器、地面监视装置等组成,实际上是一种可便携的空中机器人系统,飞行结果表明,研究成果在航拍、航摄以及空中监测与跟踪方面有较广泛的应用前景。
详细介绍:
小型无人直升机作为一种理想的无人飞行器,被广泛应用到了许多领域:从军用角度有着轻巧、灵活、易于隐藏、难以捕捉、机动性强等优点,从商用角度可以从事危险的高空作业,航拍航摄,搭接线路,测试,捕捉高空实验数据等。 目前的小型无人航拍直升机多配置下挂式云台或前置两轴云台,本项目组为了解决这类云台震动大、不稳定的问题,大胆提出设计三轴式精确定向的云台。在云台系统上安装3个陀螺,分别控制俯仰、横侧、航向,保证飞机在晃动,俯冲等任何飞行状态下,都能保证云台系统水平稳定。此外,悬浮式发动机架及云台的柔性装配方式也将发动机震动的影响降到最低。 为了便于在地面随时监控飞机在的拍摄情况,本项目组设计制作基于1.2GHZ无线图像传输系统的高集成度地面站。此套监控台在一个保护箱内集成了所有的电子设备,能完成云台的控制,视频拍摄的实时监控与录制等任务。 由于航拍所处环境的多样性和复杂性,本项目组采用油动和电动两种动力系统。并均为其配备了能完成水上起降的浮筒,其中油动动力系统适用于长航时拍摄,电动动力系统适用于高原等恶劣环境拍摄。 油动直升机,电动直升机,地面监控台三者形成了一套完整的航拍系统。能够在各种复杂恶劣的环境中正常工作。到目前为止该系统已经成功完成了多次航拍任务,达到了预期的设计目的。
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
 目前的小型无人航拍直升机多配置下挂式云台或前置两轴云台,本项目组为了解决这类云台震动大、不稳定的问题,大胆提出设计三轴式精确定向的云台。 创新点如下 1三轴可精确定向云台 2悬浮式发动机架,可将发动机震动的影响降到最低。 3设计制作基于1.2GHZ无线图像传输系统的高集成度地面站。 4采用油动和电动两种动力系统,以便适应各种恶劣环境。 5为其配备了能完成水上起降的浮筒,适应各种沼泽,湿地的起降。 6复合材料使用率达到了80%,既保证了机体强度又控制了重量。 主要技术指标 油动参数 电动参数 总长度 2250mm 2250MM 最大起飞重量16KG 20KG 旋翼直径 1780mm 1780mm 云台直径 330mm 330MM 尾桨直径 300MM 300mm 桨盘面积 2.05㎡ 2.05㎡ 桨盘载荷 7.8㎡/kg 9.7㎡/kg 空机重量 5.8Kg 7.4KG 有效载荷 10.2kg 14.6kg 发动机功率3.3HP 3500W
科学性、先进性
 科学性与先进性 1现有云台都为两轴增稳,无法做到全稳定,我们的是三轴可精确定向云台,可以使拍摄出来的图像始终保持水平。 2普通飞机发动机都为硬连接,机匣直接与机身固定,产生的高频振动会影响画面质量,悬浮式发动机架,可将发动机震动的影响降到最低。 3设计制作基于1.2GHZ无线图像传输系统的高集成度地面站。 4采用油动和电动两种动力系统,以便适应各种恶劣环境,油动可以作为长航时,电动不会受到高海拔气候影响。 5普通飞机无法完成水上起飞着陆,该项目为其专门设计了能完成水上起降的浮筒,适应各种沼泽,湿地的起降。 6在研制时,首先用电脑建模,然后制作木质实体样机,最后使用碳纤维制造实机,跟真飞机研制过程相同,节约了成本,保证了研发周期。 7复合材料使用率达到了80%,既保证了机体强度又控制了重量。
获奖情况及鉴定结果
2010年4月在高校举办的科技竞赛上获得 一等奖
作品所处阶段
 目前可以进行商业航拍任务飞行,已经为中央电视台cctv-10进行过一次试拍,并取得满意效果。
技术转让方式
 该作品的技术转让方有工程图纸,技术说明,材料工艺说明,使用说明书,操作流程,技术数据,专利等。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
 技术特点 1 大胆提出设计三轴式精确定向的云台。在云台系统上安装3个陀螺,分别控制俯仰、横侧、航向,保证飞机在晃动,俯冲等任何飞行状态下,都能保证云台系统水平稳定 2悬浮式发动机架及云台的柔性装配方式也将发动机震动的影响降到最低。 3设计制作基于1.2GHZ无线图像传输系统的高集成度地面站。 4采用油动和电动两种动力系统。并均为其配备了能完成水上起降的浮筒,其中油动动力系统适用于长航时拍摄,电动动力系统适用于高原等恶劣环境拍摄。 前景分析 近些年来,由于计算机技术和新兴材料科学的发展、无人机的性能得到了极大的提高。无人机被广泛应用于战术情报收集、电子对抗、海上救援、火炮目标测定等任务之中,取得了显著的战绩。小型无人直升机同样有着垂直起降、悬停、巡航以及快速转变航向等特性,使得它成为一种理想的无人飞行器,并被广泛应用到了许多领域。但纵观国内外,此类飞行器还处于初级阶段,但需求量很多,很多任务需要无人旋翼平台来完成,所以该项目有着广泛的市场前景。
同类课题研究水平概述
 随着科技的进步,小型无人直升机的发展被重视了起来,功重比,稳定性,安全性,灵活性不断提高,但纵观国内外,此类飞行器还处于初级阶段,但需求量很多,很多任务需要无人旋翼平台来完成,其关键技术有很多,尤其是航拍航摄与目标识别。目前国内的小型无人直升机普遍存在1、小型无人直升机震动大 2、飞机功重比小 3、图像传输与采集过程复杂 4、飞行平稳性低,云台系统调节不灵活 5、抗损坏能力低 等不足。相比之下国外的小型无人直升机的在技术上有很多的先进性但仍然存在一些缺陷。在比利时的FLYCAM公司目前也在研制该类型飞机,已经投入使用,并在业界取得良好声誉,但该公司的飞机为2轴云台,载重能力也没有该项目飞机载荷大。
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