某型旋翼无人机极限风速下运动失稳及失能特性研究

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2022.01.003

摘要/Abstract

摘要：

抗风能力是决定无人机应用范围和生存能力的关键。以某型旋翼无人机为研究对象，利用风洞试验设备和双目视觉非接触式测量系统，对无人机极限风速下的失稳特性（姿态或速度）以及动力组件的失能特性开展了精细化测量和研究，获得了某型旋翼无人机的临界失稳条件和特性以及易损部组件的失能特性。结果表明：17 m/s为无人机的临界失稳风速，无人机以40°攻角后退；风速为28 m/s时，无人机动力系统停机；风速达到34 m/s时，旋翼几乎无变形。从利用风场破坏无人机角度，失稳坠落最容易，动力系统失能次之，旋翼破坏最为困难。

关键词: 无人机, 风洞, 抗风能力, 失稳, 失能

Abstract:

Wind resistance is the key to determine the application scope and survival capacity of UAV（unmanned aerial vehicle）. This paper takes a rotor UAV as the research object， and makes use of wind tunnel test equipment and binocular vision non-contact measurement system to conduct fine measurement and research on the instability characteristics （attitude or speed） and the disability of each component under the extreme wind speed of UAV. The critical instability conditions and characteristics of the rotor UAV and the disability characteristics of vulnerable parts are obtained. The results show that speed of 17 m/s is the critical instability wind speed of UAV， and the UAV is 40° angle of attack backward. When the wind speed is 28 m/s， the UAV power system will stop. When the wind speed reaches 34 m/s， the rotor is almost free of deformation. From the view of using wind field to destroy UAV， the most easy way is instability to fall， the second is to destroy the power system， and the most difficult is to damage the rotor.

Key words: UAV（unmanned aerial vehicle）, wind tunnel, wind resistance, instability, disablity

中图分类号:

V279

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图/表 10

图1 无人机

Fig. 1 UAV

表1 无人机参数

Table 1 Parameters of UAV

名称	参数
起飞质量/g	249
尺寸/mm×mm×mm	159×203×56
最大上升速度/（m·s^-1）	5
最大下降速度/（m·s^-1）	3.5
最大水平飞行速度/（m·s^-1）	16
最大抗风等级/（m·s^-1）	8.5~10.5
最大飞行高度/m	500
旋翼尺寸/mm×mm	119.38×66.04
旋翼材料	玻璃纤维

图2 运动失稳试验风洞设备及测试场景

Fig. 2 Wind tunnel equipment and test scenario for motion instability test

图3 动力部件失能试验风洞设备及测试场景

Fig. 3 Wind tunnel equipment and test scenario of disability test

图4 测试仪器设备及样件

Fig. 4 Test equipment and samples

图5 不同风速下的无人机姿态照片

Fig. 5 UAV attitude photos under different wind speeds

图6 不同风速下无人机攻角变化

Fig. 6 Variation of UAV’s attack angle under different wind speeds

图7 17 m/s风速下无人机后退位移曲线

Fig. 7 UAV backward displacement curve at 17m / s

图8 不同风速下变形图和变形曲线

Fig. 8 Deformation graph and curve under different wind speed

图9 动力系统试验图

Fig. 9 Power system test photo

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