探讨小型无人机的机械设计

蒋然

摘 要：信息技术的发展，使得人类在无人机技术的探索道路上得到不断的发展。也使无人机的种类和使用途径更加的广泛化。这就要求设计人员在对无人机的设计方面注入更多的想法。文章主要从硬件的机械设计方向进行阐述如何进行小型化设计，主要介绍一种可折叠式小型飞行无人机的硬件设计与优化方案。以及对小型无人机的机械部件进行优化后的展望。

关键词：小型无人机；遥控设备；机械设计

中图分类号：TP391.8 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）02-0081-01

1 小型无人机的机械设计理念

小型无人机又称空中机器人，它是指小型自主飞行无人机系统，包括软件系统和硬件系统。如何从硬件系统上进行优化是无人机走向小型化必须要解决的问题。

小型无人机的机械设计理念应该从以下几个方面考虑：无人机的机身体积；材料的重量；材料的力学性能；整机使用的方便性；整机的自主处理能力；机身结构对环境的适应性；便于维修的难易程度。

如何设计出重量轻、体积小、使用方便、带载能力强、集成度高、对作战环境要求低以及生存能力较强的小型无人机是设计人员们共同追求的目标。

小型无人机在用途和使用范围上的机械设计理念，是要保证能实现最基本的飞行的前提下适应更多的不同环境和实现更多的功能。

2 小型无人机的机械设计方法

传统的无人机采用一体式设计理念，在机翼的受力控制上得到了很好的效果，但与此同时增大了机身的空间占有率。对于现在的无人机，可以从以下几个方面对机械部件进行优化设计和改进：

2.1 从合理的选取材料的角度进行优化设计

从材料的强度和刚度的角度出发，选取强度较高的、刚度较好的材料进行设计加工。在加工中可以利用先进的加工技术和先进的材料制造技术进行对材料的生产和加工。对于小型无人机的机械设计者来说，减少材料的质量是他们的共同目标，力求在保证刚度和强度的情况下使所用材料的质量最小化。而采用先进的复合材料技术，是解决飞机结构设计上减小质量的新方法和新途径。或者采用智能材料技术来代替传统的变形材料，也是对机身质量缩减的有效途径。

2.2 从无人机的体积以及灵活性角度进行优化设计

采用变体折叠式机翼可以有效的减小无人机的体积。而变体折叠式机翼又可以考虑折叠方式多样化和折叠机构智能化两个方向进行优化设计。

可以利用现有的高端技术与折叠式无人机技术进行结合。从而实现智能化、低成本、多用途的发展。同时也要加大对折叠机翼折叠展开过程的气动过程结构的耦合效应进行大力的探索，以及对过载保护元件和抗高过载机构的合理设计及试验研究，从而在微小型折叠机构的设计方案和控制过程模拟方案上实现折叠机翼无人机方案的多学科性设计和综合优化设计以及在设计过程中对成本进行控制。

利用仿生学原理，对机翼进行优化设计。从而实现随着飞行环境的变化，逐渐自适应地变化翅膀后掠角、表面外形和面积，以实现最佳的翼载荷配置效果，最终实现提高飞行效率的目的。变体折叠式机翼技术可以使机翼实现智能化动作变形，实现在不同飞行任务和不同飞行环境的安全有效的运行。采用变体折叠式机翼设计方案，在气动性能、安全性能、环保性能和使用效能方面也有一定的效果。

2.3 进行模块化设计

在小型飞行控制系统硬件中处理器是它的核心部件。我们可以以处理器为核心，将控制系统进行模块化划分和设计，可以把无人机的主控模块、接口模块、传感器模块、电源模块以及舵机模块进行区分和单独设计。减小系统的耦合度，从而实现无人机硬件系统的模块化设计。

进行模块化设计，可以在对小型无人机硬件进行更新和改装的情况下缩短工作周期，而且也便于对硬件的再利用操作。采用模块化设计方案，也可以有利于对小型无人机的维护和维修。

3 未来小型无人机的发展趋向

小型无人机的实用范围在不断的拓展，而能设计出小型化的无人机，可以有利于在军事上的应用。折叠机构小型无人机的适用范围也在不断拓宽。它可以通过合理的过载保护手段和有效的结构设计技术，来实现折叠机翼无人机能在一定的环境下承受远高于有人驾驶飞机的过载量，而且折叠机构小型无人机正在朝着低成本化的方向不断迈进。这样的好处在于，利用低成本化的设计，可以有效的扩大小型无人机的市场和使用范围。

根據国内、外对无人机的研究和发展的状况来看，无人机趋向小型化是必然的趋势。而且在对无人机的用途和使用范围上也在不断的拓展。小型无人机的机械硬件系统都向着模块化、小型化方向迅猛的发展。比之国外的技术，国内的小型无人机控制系统中的传感器的精度还有待进一步提高，机械部件的体积、重量还有待进一步缩减，而对于功耗和集成度方面，也要加大投入，不断的突破，这样我们的小型无人机才能在世界上利于不败之地。

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