小型空射无人飞行器设计与试验

doi:10.7527/S1000-6893.2023.28642

流体力学与飞行器总体设计

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小型空射无人飞行器设计与试验

鲁亚飞¹, 陈清阳¹(), 王鹏¹, 王波², 郭正¹

^1.国防科技大学空天科学学院，长沙　410073
^2.军事科学院国防科技创新研究院，北京　100171

收稿日期:2023-03-02 修回日期:2023-03-28 接受日期:2023-05-06 出版日期:2023-08-15 发布日期:2023-05-12
通讯作者: 陈清阳 E-mail:chy1982_008@nudt.edu.cn
基金资助:
国家级项目

Design and experiment of a small air-launched UAV

Yafei LU¹, Qingyang CHEN¹(), Peng WANG¹, Bo WANG², Zheng GUO¹

^1.College of Aerospace Sciences and Engineering，National University of Defense technology，Changsha 　410073，China
^2.National Innovation Institute of Defense Technology，Chinese Academy of Military Science，Beijing 　100171，China

Received:2023-03-02 Revised:2023-03-28 Accepted:2023-05-06 Online:2023-08-15 Published:2023-05-12
Contact: Qingyang CHEN E-mail:chy1982_008@nudt.edu.cn
Supported by:
National Level Project

摘要/Abstract

摘要：

以典型长时区域空中侦察任务为背景，提出一种大展弦比小型空射无人飞行器系统设计方案；以起飞重量4 kg、航时1 h、载荷0.5 kg、收纳尺寸不大于⌀0.120 m×0.914 m为指标约束，对空射无人飞行器的总体气动布局、折叠展开机构、气动参数仿真估算、关键分系统设计与选型等开展详细论述；采用试制的原理样机，开展空中发射试验，对设计空射无人机空中发射、快速机翼展开、巡航飞行等进行验证。结果表明，设计的空射无人机在发射过程中机翼、尾翼等机构能够迅速展开，巡航速度与设计值符合，滚转角、俯仰角等变化在可控范围内，发射过程中重量变化和扰动对载机的影响可控，有效飞行航时约为65 min，符合设计预期。

关键词: 空射无人飞行器, 系统设计, 气动布局, 折叠展开机构, 验证试验

Abstract:

A design scheme for a small-sized air-launched Unmanned Aerial Vehicle （UAV） system with a large aspect ratio is proposed in this paper for a typical long-range aerial reconnaissance mission. Constraints are as follows： takeoff weight of 4 kg， endurance time of one hour， payload of 0.5 kg， and folded dimension not more than ⌀0.120 m×0.914 m. The following details are discussed： the overall aerodynamic layout of the air-launched UAV， folding and unfolding mechanism， the simulation estimation of aerodynamic parameters， the design and selection of key subsystems， etc. A principle prototype is produced， and air launch flight test is carried out to verify the effectiveness of the UAV’s air launch， rapid wing deployment， and cruise flight. Test result shows that the folded wing and tail wing can be unfolded rapidly during the launch process， the cruising speed is conformed to the design value， variations in roll angle and pitch angle are within controllable ranges， the effect of weight changes and airflow disturbance on carriers during launching is controllable， and the effective flight duration is approximately 65 min， which meets design expectations.

Key words: air-launched UAV, system design, aerodynamic layout, folding and unfolding mechanism, verification test

中图分类号:

V279

鲁亚飞, 陈清阳, 王鹏, 王波, 郭正. 小型空射无人飞行器设计与试验[J]. 航空学报, 2023, 44(15): 528642-528642.

Yafei LU, Qingyang CHEN, Peng WANG, Bo WANG, Zheng GUO. Design and experiment of a small air-launched UAV[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2023, 44(15): 528642-528642.

图/表 17

图 1

表 1

图 2

表 2

图 3

图 4

表 3

仿真得到不同机翼安装角下全机气动参数

迎角/（°）	$C L$	$C D$
-1	0.215	0.020
0	0.330	0.029
1	0.445	0.036
2	0.565	0.040
3	0.683	0.043
4	0.801	0.050
5	1.089	0.058

表 3

图 5

表 4

图 6

图 7

图 8

图 9

图 10

图 11

图 12

图 13

参考文献 22

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

指标	数值
起飞重量/kg	4
载荷能力/kg	0.5
航时/h	1
平均续航速度/（m·s^-1）	25
典型工作高度，AGL^*/m	300
收纳尺寸/m	⌀0.12×0.914

指标	数值
机身长度/m	0.914
机翼翼展/m	1.6
机翼弦长/m	0.1
展弦比	16
机翼面积/m²	0.16
上反角/（°）	3
尾翼长度/m	0.28
尾翼弦长/m	0.05
尾翼夹角/（°）	84
尾力臂/m	0.5
平尾容量	0.6
垂尾容量	0.04

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