【摘 要】
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近年无人飞行器的蜂涌而至,开辟了旋翼无人机在多个复杂领域的应用。而工程环境对飞行器的稳定性、可靠性提出了高标准的要求,尤其机械振动会对测量单元产生负面影响,因此振动等级是飞行稳定性的一个关键指标。油动多旋翼无人机发动机的振动及螺旋桨产生的不平衡力易导致检测元件不良扰动,将直接导致测试数据偏差,进一步地影响飞行控制器的信号处理,造成飞行失稳,甚至结构破坏。因此,为保障旋翼无人机稳定飞行,解决飞行器在
【基金项目】
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国家自然科学基金(U1708257); 中央高校基础研究经费(N180313009); 壮龙无人机科技有限公司;
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近年无人飞行器的蜂涌而至,开辟了旋翼无人机在多个复杂领域的应用。而工程环境对飞行器的稳定性、可靠性提出了高标准的要求,尤其机械振动会对测量单元产生负面影响,因此振动等级是飞行稳定性的一个关键指标。油动多旋翼无人机发动机的振动及螺旋桨产生的不平衡力易导致检测元件不良扰动,将直接导致测试数据偏差,进一步地影响飞行控制器的信号处理,造成飞行失稳,甚至结构破坏。因此,为保障旋翼无人机稳定飞行,解决飞行器在飞行状态产生的结构振动具备重要意义。目前,在多旋翼无人机的飞行控制、路径规划与结构分析方面萌生了诸多新颖的观念与研究,其中诸多研究已经落地于工程应用。但是需要指出,目前针对无人机的振动分析、振动控制方面的研究却捉襟见肘。少数仅有的文献中更多地是面向固定翼无人飞行器机翼的振动问题研究,因此针对多旋翼无人机的振动抑制的探讨更是少之又少。本文面向某公司的油动直驱多旋翼无人机进行了仿真分析与试验研究,将约束阻尼的减振降噪手段引入至飞行器臂杆类部件的振动抑制中,解决了油动直驱多旋翼无人机的振动过大的问题。综上,本文的主要内容应包括下述5个方面:(1)引入了粘性阻尼材料GHM(Golla-Hughes-Mctavish)表征方式,验证了所用表征模型的准确性;基于有限元建模理论组集了约束阻尼梁系统的刚度矩阵、质量矩阵与阻尼矩阵,形成了系统有限元方程,求解了系统的模态参数;搭建了约束阻尼梁的模态试验平台,对比验证了所建动力学模型的准确性。(2)依次探明了约束阻尼层组合参数对系统模态参数的影响规律,获取了多个参数的敏感度;分析了约束阻尼的振动抑制效果,并通过扫频激励试验对抑振规律进行了验证;应用了基于遗传算法的二进制编码表征拓扑变量的方法来实现约束阻尼的最佳拓扑布局并完成验证性试验。(3)应用约束阻尼结构至油动直驱多旋翼无人机机臂的振动抑制中,利用多旋翼无人机三维模型构建了系统有限元模型,分析了有、无约束阻尼的整机有限元模型的模态特性;基于整机进一步研究了基于渐进结构的拓扑优化,明确了方案中阻尼布局策略;最后完成了两者稳态、瞬态响应分析,验证了本文技术方案的有效性。(4)进行了多旋翼无人机的外场飞行状态测试,分别获得了多旋翼无人机振动抑制前后的振动响应,并绘制了两者的三维瀑布图、传递函数等,明确了约束阻尼减振方案在无人机中实际的振动抑制效果。
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