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共轴反桨全自驾大载重无人机
编号 特种应用无人机-02
029-88839338
产品参数
编号
特种应用无人机-02
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一、产品描述

  一种适合规模化应用的工业级无人机平台方案,以兼具机动灵活性、实用型载重、航时、高作业效率、操控维护便捷及低成本等为主要目标,平台兼具防水、防尘和折叠功能,保证作业时安全性以及运输存放时便捷性。


二、任务指标

带载能力:23~25 公斤

飞行时间:约 30 分钟

抗风能力:5~6 级

防水防尘:IP56


三、无人机平台系统组成

平台采用性能指标较高的电动共轴直升机无人机方案,结合智能全自驾飞行控制系统。


1、总体方案

1.jpg


无人机平台动力系统布置方案



依据任务载荷需求,结合团队直升机方案设计经验,拟采用共轴直升机方案。方案总体布局见左图。其中,中间结构舱(白色部分)存储电池以及内部电子设备。电机、桨叶组成的动力系统位于机体中心。



2、重量预估

  基于总体方案描述及任务载荷需求,对飞行平台重量预估为19Kg(不包含电池),其中机体结构重量约 6 公斤,电机及电子调速器总重约 11公斤,动力线路及飞控系统约2公斤。同时,考虑设备载荷重量以及电池重量,整机满载起飞重量预估约为55Kg。


3、动力系统

  基于公司现有动力系统测试数据库,结合数字仿真计算,针对当前任务载荷及总体方案,在保证方案性能的基础上,拟采用两叶桨方案,初步采用以下动力系统:

(一) 旋翼

当前桨叶额定拉力预估为:

单个旋翼额定拉力=额定起飞重量/旋翼数=55/2=27.5Kg

参考多旋翼方案工作状态尺寸,共轴直升机方案拟选取 120 寸旋翼,根据该桨叶仿真计算数据,额定工作转速为 556rpm,对应扭矩为31.5Nm。结合共轴旋翼的上下桨叶的实际损失数据,平均额定工作转速经推算约为 600rpm,对应扭矩为 36Nm。

(二) 电机

基于上述旋翼性能指标,需对电机进行订制。以系统效率 85%进行计算,对动力系统功率进行预估,需求功率为:

功率=转速*扭矩/9550/效率=600*36/9550/0.85=2.65 KW

(三) 电池

根据常用聚合物理电池能量密度(如 6S 20C 16000mAh 电池重量约2kg,考虑线路及插头等,近似2.1Kg),结合任务指标中对航时的需求约 30 分钟,电池重量预估为:

重量=总功率*飞行时间/等效密度*安全系数=2.6*2*1000*0.5/22.2*16/2*1.1=14.6Kg


4、尺寸预估

对于共轴直升机无人机方案而言,机身位于桨叶下方,桨叶尺寸即为无人机最大平面尺寸。结合桨叶基本尺寸,初步确定无人机平台工作状态下整体尺寸如下图 2 所示:

2.jpg

实际方案中,若对无人机平台工作状态下尺寸有限制,可适当减小两叶桨尺寸或采用更小尺寸的三叶桨方案(但同时会牺牲旋翼效率,增加电池重量)。


5、折叠机构

为了便于运输存放,需采用折叠设计。考虑到直升机方案特性,无需另外设计折叠机构,仅需将桨叶采用单侧折叠方式,即可有效减小尺寸以便运输,见下图 3:

无人机平台单侧折叠示意图.jpg

为了便于存放,实际批量存放时,可采用两架交错存放方式,如下图 4 所示:

无人机平台折叠系统布置方案.png

折叠后,无人机平台尺寸如下图 5 所示:

无人机平台折叠后尺寸.png


6、防护系统

全机采用防水、防尘设计,可在中雨情况下飞行,可接受喷淋水清洗。全机可按 IP56 防护级别进行设计,即:

(1)防尘:并不能完全防止尘埃进入,但不会达到妨碍仪器正常运转及降低安全性的程度;

(2)防水:防强力喷水对着外壳从任何方向强力喷水都不会造成有害影响。若对全机防尘防水等级有更高要求,可采用关键元器件(如电机)特殊密封处理,按照 GB/T4942 等国标执行。

四、参数指标

指标

参数

飞行平台重量

18~19公斤

电池重量

11~13公斤

载荷重量

23~25公斤

满载起飞重量

52~57公斤

平均飞行速度

5米/秒

返航飞行速度

10~15米/秒

飞行时间

约30分钟

工作状态尺寸(mm)

Ø3000*792   

折叠状态尺寸(mm)

1810*495*792   

防尘、防水等级

IP56   

抗风能力

5级


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