用于载荷投递的变距四旋翼双翼垂直起降无人机研制与试飞的系统化设计方法
系统与控制
2018-01-10 v1
摘要
本文讨论了一种新颖的用于载荷投递的变距四旋翼双翼无人机（UAV）概念的概念设计及概念验证飞行演示。所提出的设计结合了四旋翼直升机的垂直起降（VTOL）、精确悬停能力，以及固定翼飞机的高航程、长续航和高前向巡航速度特性。该无人机根据将6 kg载荷从原点运送至16 km外目的地的任务需求设计。首先，基于物理的修正叶素动量理论（BEMT）分析进行旋翼设计，并利用为此目的生成的实验数据验证。旋翼对最优悬停与前飞性能存在矛盾需求。接着，采用简单升力线理论设计双翼机翼。机体设计之后进行动力装置选型与传动设计。最后进行重量估算以完成设计过程。基于70%权重分配给前飞、30%分配给悬停飞行条件，设计了具有24度预置角和-24度扭角的旋翼。旋翼工作转速由悬停时的3200 RPM降至前飞时的2000 RPM，以确保巡航飞行最优性能。前飞模式估算功耗比悬停所需低64%，确立了该混合概念的优势。使用商用现货部件制造了概念验证缩比原型。在PixHawk板上开发并实现了PID控制器，以实现稳定悬停飞行与姿态跟踪。
引用
@article{arxiv.1801.02938,
title = {Systematic design methodology for development and flight testing of a variable pitch quadrotor biplane VTOL UAV for payload delivery},
author = {Vishnu S. Chipade and Abhishek and Mangal Kothari and Rushikesh R. Chaudhari},
journal= {arXiv preprint arXiv:1801.02938},
year = {2018}
}
备注
30 pages, draft version of a paper submitted to a journal