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无人机总体设计

/preliminary design of UAV/
最后更新 2022-12-23
浏览 201
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形成和逐步细化、深化并初步验证无人机顶层产品定义的关键设计工作。

英文名称
preliminary design of UAV
所属学科
航空宇航科学与技术

在使用方提出特定设计要求条件下,研制方选择并确定飞机布局形式、总体设计参数、动力装置和各主要系统方案等,经过计算、分析、修正,设计出可行的最优的无人机总体技术方案,最大限度地满足使用方的要求。

无人机总体设计贯穿于无人机研制的各个阶段。无人机总体设计人员要向气动、结构、系统等各专业提供设计依据和有关技术要求,而各专业在设计过程中要随时向无人机总体设计人员反馈信息,由无人机总体设计人员对无人机设计状态进行控制。但无人机总体设计的大量工作主要集中在立项论证(研究设计新无人机系统的可行性)和方案设计(设计出可行的最优的无人机系统总体技术方案)这两个阶段,有时人们将这两个阶段合起来统称为飞机总体设计阶段。

在立项论证和方案设计阶段,基本确定无人机的整个构形。立项论证阶段虽然对无人机方案只是从概念上做研究,例如对无人机布局形式、重量粗估,发动机和主要系统电子设备的选择等做出决策,但在方案设计阶段对其方案改动量并不是很大,构形的确定程度此时已达80%左右。所以,方案设计阶段总体设计所占时间相对较短,投入的人员和花费相对较少,虽然只占总研制工作量或费用的20%左右,但需要做出大量的关键决策,对飞机设计方案的技术可行程度却占80%左右,因而决定了一架飞机大约80%的全寿命周期成本。因此,立项论证和方案设计阶段的总体设计对研制新飞机的成功率是至关重要的。

无人机总体设计可概括为实现4个设计目标:将设想的概念经初选方案设计形成一个或几个设想方案,是立项论证阶段方案设计的主要工作。经筛选、组合,形成供研制用的初步总体设计方案。按综合作战效能要求围绕总体布置设计进行优选和细化,完成初步总体技术方案。完成各阶段设计评审和试飞验证的设计工作。

无人机总体设计的主要内容包括:①开展基于利益攸关者的需求定义、分析,确定无人机系统的需求。②开展无人机技术指标分解,确定无人机系统的指标。③进行系统概念构思。熟知同类用途飞机的布局形式,了解不同布局的利弊和特点;积累数据;对各专业基本知识的全面了解;系统概念草图勾画出多个候选方案;在可能的情况下对多个方案进行分析和优化。④确定主要总体设计参数。基于典型的飞行任务剖面,开展总体设计的第一次近似,迭代多次逐渐收敛,并变参数计算分析,选取主要总体设计参数,如起飞总重、翼载、推重比和升阻比等,并校核是否满足设计要求的主要性能指标。⑤确定飞机的总体布局形式和内部布置,选择动力装置及主要机载设备,确定飞机的几何尺寸和总重量,绘制飞机的三面图和总体布置图。⑥确定飞机各部件的主要参数及其主要结构形式和相对位置。⑦确定飞机各主要功能系统(如导航、通信、电源、操纵、液压等系统)的方案。确定其主要装备,选择武器种类、型号、数量、配置方案(或侦察监视用的SAR雷达、雷达侦察和通信侦察等设备及配置方案),确定雷达、火控、电子对抗等各系统的初步方案及其在飞机上的安装位置。⑧确定飞机的初步外形,供制造风洞试验模型和总体协调用。⑨进行全机重量和惯性矩的计算,确定飞机重心位置和变化范围;对飞机飞行性能和飞行品质进行初步计算和检查;对飞机隐身性能进行计算和评估。无人机总体设计流程见图。

无人机总体设计流程无人机总体设计流程

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