热门关键词：
遥控飞机的计算机辅助方案设计.doc
- 文件大小： 4.62 MB
- 下载次数：
- 文件评级：
- 更新时间：2014-01-15
- 发 布 人： majianyong
- 文件下载：
-
- 文件介绍：
- 该文件为 doc 格式（源文件可编辑），下载需要
20 积分
- 目录
摘 要 II
ABSTRACT III
1. 前言 1
1.1 课题的来源，研究的目的和意义 1
1.2 文献综述 1
1.3 本文的研究内容 4
2. 研究方案与研发工具 5
2.1 项目的研究方案 5
2.2 PRO/E简介 5
2.3 ADAMS简介 7
3. 遥控飞机的计算机辅助方案设计 11
3.1 遥控飞机的测绘 11
3.2 遥控飞机的三维建模与装配 15
3.3 遥控飞机的传动方案的研究 27
3.4 遥控飞机的运动学仿真 27
4. 结论与展望 41
4.1 结论 41
4.2 展望 42
致谢 43
参考文献 44
摘 要
在近几年中，遥控飞机玩具越来越受广大爱好者的欢迎，但它绝不是标准意义上的玩具这么简单。随着国内外的发展，它已经有了很大的进步，存在着很高的科技含量，不是玩具可以比拟的。
遥控飞机主要是由两对齿轮传动来带动螺旋翼转动，并通过空气阻力来使飞机飞行的。在研究过程中，通过对市场相关产品的调研，测绘，建模装配并仿真，并对其进行适当优化改造，使得产品质量更加稳定。
在设计过程中，首先用Proe画出遥控飞机模型的三维视图，再导入ADAMS软件中，对其进行运动分析、仿真，使飞机能够运转。在此基础上设置出飞机飞行的不同轨迹，模拟飞机在静止、起飞、直线飞行、转弯、降落时的情况。
关键词：遥控飞机；测绘；建模；装配；仿真；模拟
Abstract
In recent years, remote control toy plane more and more popular with enthusiasts welcome, but it is by no means the standard sense of the toys that simple. With the development of domestic and foreign, it has made great progress, there is a high technology content, not the toy can match.
Remote control aircraft mainly by two pairs of driven helical gears to wing rotation, and the aircraft through the air resistance to make the flight. In the study, market-related products through research, mapping, modeling, assembly and simulation, and optimization of their appropriate transformation, allowing for more consistent quality.
In the design process, the first remote control airplane model with Proe draw three-dimensional view, and then import the ADAMS software, its exercise analysis, simulation, so that aircraft can operate. On this basis, setting out the different flight path, simulating an aircraft in the static, off, straight flight, turns, landing situation.
Keywords: remote control aircraft; mapping; modeling; assembly; simulation; simulation
1. 前言
1.1 课题的来源，研究的目的和意义
在近几年中，遥控飞机玩具越来越受广大爱好者的欢迎。早在2004年左右，飞行器类玩具已开始在国内市场上零星亮相。当时，企业的开发思路基本延承“把航模简化”而来，产品以电动遥控滑翔机为主，形体也比较大，翼展约1米左右。上海的“火鸟”、“西西利”、“艺峰”，广东的“龙昌”、“银辉”、“赛拓普”、“双合”、“双马”等，都是较早出现于市场上的飞行器类玩具品牌。近来，一股“飞行器热”在玩具市场上快速蔓延。在遥控车类玩具独领市场风骚十余年后，遥控飞行机逐渐成为新一代的市场宠儿，深受广大消费者追捧。飞行器类玩具，常见的有遥控滑翔机，直升机，飞碟等种类。据悉，今年最热门的是直升机系列，它在技术上有限大突破，成本进一步降低，售价更贴近消费者，因而大获市场青睐。
一直以来，航模运动都是受人喜爱并提倡的运动，它对人的三维立体思维能力极有帮助，还可以帮助爱好者掌握多项空气动力学知识。但由于受其装备费用昂贵，场地技术要求高、安全隐患等限制，只在小范围内流行，难蔚成大观。要将“模型玩具化”要解决几个关键的问题：缩小体积、减轻重量、简化结构、减少组装、免除测试；提高自航稳定性能、降低操作难度、提高安全性。于是，就有了滑翔机、飞碟、遥控飞机等玩具化模型。
准确地说，遥控飞机是航空模型运动，是国际级的非奥运项目。同时，对于普通爱好者来说，遥控飞机也是一种很时尚的休闲运动，它对人的意志品质包括心里素质以及身心各方面都有着极大的益处。
1.2 文献综述
我国是一个地大物博、幅员辽阔的国家。从50年代至70年代末，我国的测绘科技工作者通过航空遥感，完成比例尺为1：50000的全国地形图测绘乖哦工作。70年代后期子按后引进美国陆地卫星MSS图像和法国SPOT卫星图像，以及利用我国自行研制的卫星。从宏观上为我国资源分析、环境监控、地理分析、土地分析、农业估产等提供信息资料和应用手段。航空、航天遥感技术的广泛应用和发展，为国民经济建设的发展发挥了重要的作用。但是，随着我国改革开放的逐步深入、经济建设迅猛发展，各地区的地貌地物发生巨大变迁。现有的航天、航空遥感获取影像信息的时效已无法适应经济的需要，客观上的要求新的遥感技术为日益发展的城乡经济建设和文化事业服务。【1】
近来，一股“飞行器热”在玩具市场上快速蔓延。在遥控类玩具独领市场风骚十余年后，遥控飞行器逐渐成为新一代的市场宠儿，深受广大消费者追捧。甚至有业内人士宣称，飞行器玩具有可能取代遥控车的市场主导地位，成为新的市场领导性产品。
遥控飞机属于远距离控制的飞行器。根据其用途和性能的差异，遥控飞机可分为玩具、航模、民用、军用等几类。玩具遥控飞机结构简单，通常为单通道、二通道或三通道，有固定翼飞机、直升机等。随着科技发展，玩具遥控飞机的体积日渐缩小，而可操作性和技术含量越来越高，一些遥控飞机已经能由5-6岁的儿童操作。【2】
由于有的遥控飞机因质量轻、制作简单， 成本低、飞行速度慢，可在诸如礼堂、体育馆等室内空间飞行而大受欢迎。相对于国内超小型遥控设备种类极少的现状，国外在这方面可供选择的种类是很广泛的。选择多少通道，什么形式的遥控设备都可由爱好者依据自已的实际情况来决定。市售的设备既包括最简单的控制方向舵，通道的非比例操控系统，也有数个比例通道的髙级设备，其性能、价格自然也各不相同。遥控 接收机以无线电形式为最多，但也有用红外遥控的。在国外，一套微型遥控设备（包括2-3个通道的接收机、2个超微型舵机一个调速器在内〕总重仅有8-45克。为了减轻重量，一般遥控设备并不专配电池， 而是将动力电源经整流后供给设备用电。受室内封闭环境的影响，一般遥控设备的控制距离会有不同程度的减小， 在飞行前应进行实际测定，才能有所准备，不致于一旦失控时手忙脚乱。目前国内比较成熟的一种超小、超轻型遥控设备，其随动舵机重13克，反应速度、定位精度都已基本达到使用要求。整套包括一个三通道接收机、两个超小舵机，一个兼低电压自动保护功能的电子调速器在内，总重为50余克，可在比较大型的室内遥控模型飞机上使用— 动力装置。
普通的室内模型飞机均为橡筋动力，国外也确实尝试过仅控制方向舵的橡筋动力室内遥控模型飞机。这样做可以更简单，更经济，重量更轻，但毕竟飞行时间不会很长。如果以长橡筋束再配以齿轮减速装装置，也能够飞数分钟，足可满足人门爱好者的需要。使用燃料的航模发动机，因为工作时产生较大的噪音，并会产生废气废烟污染室内空气，不适于作这类模型舵机的动力。至于二氧化碳发动机，它兼具清洁、简便的优点，使用成本也比较低，动力系统工作时间很短（一般仅几十秒），不太适合国内市场。相比之下以大功率电动机和高能量密度电池组成的动力组件具有很大的优势。目前以稀土元素制成强力磁钢的微型电动机和镍氢电池为代表的动力组件具有功率大、工作时间较长、简洁方便、无污染、使用成本低廉等特点。调速也十分方便，只需接上一个高频振荡、变频调速的调速器，就能对电机功率进行无级调节，以满足全动力起飞和减功率巡航的要求。【3】
航模可以说是高级玩具，但其结构复杂程度和可操作性远高于玩具遥控飞机。航模遥控飞机可以实现前后、上下、侧飞、左右、加速减速等大量技术动作。航模初学者应循序渐进，从相对简单的飞机开始学习操作。例如，航模遥控直升机应从四通道双桨直升机开始。如果一开始就操作高级的六通道直升机，初学者会难以适应其操作难度。航模遥控飞机有油动和电动之分，油动的最大好处是续航时间长，只要及时加油即可飞行，而且，马力强劲。但油动机的危险系数较高，维护相对复杂，价格比较高，因此电动航模成为了航模普及的主要角色。与过去流行过的滑翔机、飞碟等相比，现在流行的直升机有几大特点，一是价格很吸引人；二是用料好，以前以发泡胶为主，已损坏，现基本以耐撞击的EEC为主；三是容易操纵，在很小的空间里就可以玩。【4】
遥控飞机用的遥控设备包括发射机，接收机和一对晶体。发射的作用是发射信号，让我们在地面通过它可以控制飞机飞行；接收机的作用则不可言喻，它是接收发射机发出的信号；晶体是让发射和接收在同样的频率下工作，不至于与其它发射接收冲突。发射机和接收机都有通道这个最为重要的参数，通道即表示几个信号模式，一个通道相对应一个信号。一般用一通道控制方向，二通道控制升降，三通道通过油门控制电机转速。晶体是一对进行工作，发射机和接收机晶体的频率必须一样，才能在同频率下工作。例如，发射上的晶体是72.310MHZ，那么接受上面也必须插有72.310MHZ的晶体才行。如果几首上面是72.180，那么显然发射不能控制这个接收。至于遥控模型飞机的电动机一般都用功率不大（数瓦到近十瓦）的微型永磁电动机，例如四驱车上常用的131型电机。也有不少人使用151级别的电动机。对于个别的大型或有特殊要求的室内模型飞机，也可选用380或国产817A系列电动机。很低的飞行速度（一般仅2-3米每秒）要求模型飞机使用较大直径，较小螺距的桨叶，这样才有较高的效率。如果能够装上减速齿轮，降低桨叶转速而增大尺寸，效果会更好。动力电源推荐采用镍氢电池。同较早出现的镍镉电池相比，它的最大优点是容量高（比后者高出50%-100%）,无记忆效应，可随充随用，但其大电流电性能不如镍镉电池。对于室内模型飞机，正常情况下电动机所需要的电流并不大，但要求有较长的供电时间，从这点出发，却要求有较长的供电时间，从这点出发，镍氢电池更为合适。【5】
通常的遥控模型飞机，除少数像真模型飞机之外，其外形和结构大多与室内自由飞类的模型飞机相似，只不过是尺寸稍大些。因室内空间有限，这类模型飞机的翼展最大也只有1米多一点，可以用轻木、桐木、碳纤管等材料制作。模型飞机上的遥控设备由于不考虑防震问题，可以把塑料外壳去掉，以减轻重量。很低的飞行速度（最低的只有每秒1米左右），很轻的飞行质量（一般为10-100克，最小的仅31克），使得室内遥控模型飞机的结构强度大为降低。例如，机翼与尾翼均可用桐木构架再单面蒙薄膜，机翼构架除前、后缘之外再加跟主梁，没有必要设计复杂的复板结构。为保险起见，可在机翼两端拉上张线。
遥控飞机由于飞行速度很慢，在全机的阻力构成中诱导阻力占主要因素。从降低诱导阻力考虑，一般模型飞机的机翼应有适当的展弦比（建议大于6）和平面形状（以椭圆形平面形状为最佳，但其构架最难制作，也可换用梯形翼加以翼尖整流，效果同样较好），同时尽量减少机体、机载设备其他部件的阻力。
当然也有特例：在国外就有一些能飞特技动作（筋斗，甚至横滚）的室内遥控模型飞机，机体的结构强度已明显加强，飞行速度也较快（大于5米每秒），与胜似闲庭散步的普通室内遥控模型飞机相比，完全是两种不同的飞行感觉。今后的遥控飞机将朝两级方向发展，一类是功能更简化，价格更便宜，更适应普通消费者需求；另一类是功能朝复杂化发展，配件齐全，以满足高级别玩家的需求。【3】
遥控飞机属于高智能，具有一定技术含量的一种新型玩具。它不仅可以作为一种供人们娱乐的玩具，还可以作为一种开发人类智力的航模运动比赛。这种运动在很早之前在国内外就已经存在。从1996年开始，中国航模爱好者队伍开始以每年30%的速度迅速增长，也推动了中国航模产业的发展。中国是航模运动小国，却是不折不扣的航模生产大国。据保守估计，仅固定翼航模中国的产量在国际上就占到了90%。中国航模生产企业从1994年的0家到 1996年的四五家再到今天的大大小小300家，可以说经历了直线上升阶段。
随着世界的发展，遥控飞机从降低价格、缩小体积、减轻重量、简化结构、减少组装、免除测试、提高自航稳定性能、降低操作难度、提高安全性等方面进一步的进行研究和开发。如今遥控飞机在技术上有很大的突破，成本的进一步降低，售价更贴近消费者，因而大获市场青睐。【6】
1.3 本文的研究内容
遥控飞机玩具为飞行器玩具的一种，它主要是借鉴于国内外的电子技术，遥控技术等相关的科学技术而得到的一种电子遥控玩具。
通过对市场相关产品的调研，测绘，建模装配并仿真，并对其进行适当优化改造，使得产品质量更加稳定，并在此基础上对产品进行新功能的拓展使。利用CAD软件进行零部件描述，利用ADAMS仿真软件对产品进行综合性技术分析，使之达到课题项目要求。
2. 研究方案与研发工具
2.1 项目的研究方案
首先，要迅速浏览和阅读遥控飞机玩具及相关课题及知识。接着，对市场进行实地调研，购买适合的玩具进行拆解和测绘。用Pro/E画出遥控飞机模型的各个零件图，对零件图进行装配，得出遥控飞机的三维装配图。第三，把Pro/E里的遥控飞机的三维装配图导入ADAMS软件中，进行详细的动力学分析。找出活动构件的动力部分，给其加一个运动副和一个驱动，让其转动。通过传动部分到执行部分使飞机运动。并分别对飞机在地面，起飞，直线飞行，转弯，降落进行仿真，记录下其运动过程。最后，总结出现的问题，并对其进行进一步的修改。
2.2 PRO/E简介
1985年，PTC公司成立于美国波士顿，开始参数化建模软件的研究。1988年，V1.0的Pro/Engineer诞生了。经过10余年的发展，Pro/Engineer已经成为三维建模软件的领头羊。目前已经发布了Pro/Engineer、Proewildfire5.0。PTC的系列软件包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能，还包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管理等等。Pro/Engineer还提供了目前所能达到的最全面、集成最紧密的产品开发环境。
Pro/Engineer有以下几个主要特性：
（1）全相关性：Pro/Engineer的所有模块都是全相关的。这就意味着在产品开发过程中某一处进行的修改，能够扩展到整个设计中，同时自动更新所有的工程文档，包括装配体、设计图纸，以及制造数据。全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改，却没有任何损失，并使并行工程成为可能，所以能够使开发后期的一些功能提前发挥其作用。
（2）基于特征的参数化造型：Pro/Engineer使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素。这些特征是一些普通的机械对象，并且可以按预先设置很容易的进行修改。例如：设计特征有弧、圆角、倒角等等，它们对工程人员来说是很熟悉的，因而易于使用。 装配、加工、制造以及其它学科都使用这些领域独特的特征。通过给这些特征设置参数（不但包括几何尺寸，还包括非几何属性），然后修改参数很容易的进行多次设计叠代，实现产品开发。
（3）数据管理：加速投放市场，需要在较短的时间内开发更多的产品。为了实现这种效率，必须允许多个学科的工程师同时对同一产品进行开发。数据管理模块的开发研制，正是专门用于管理并行工程中同时进行的各项工作，由于使用了Pro/Engineer独特的全相关性功能，因而使之成为可能。
（4）装配管理：Pro/Engineer的基本结构能够使您利用一些直观的命令，例如“啮合”、“插入”、“对齐”等很容易的把零件装配起来，同时保持设计意图。高级的功能支持大型复杂装配体的构造和管理，这些装配体中零件的数量不受限制。
（5）易于使用：菜单以直观的方式联级出现，提供了逻辑选项和预先选取的最普通选项，同时还提供了简短的菜单描述和完整的在线帮助，这种形式使得容易学习和使用。
Pro/Engineer是做模具设计最好的软件，是三维建模的领头羊。它是一套由设计至生产的机械自动化软件，是新一代的产品造型系统，是一个参数化、基于特征的实体造型系统，并且具有单一数据库功能。
（1）参数化设计和特征功能 Pro/Engineer是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。
（2）单一数据库 Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上，不象一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。例如，一旦工程详图有改变，NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。这一优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。
（3）Pro/Engineer是软件包，并非模块，它是该系统的基本部分，其中功能包括参数化功能定义、实体零件及组装造型，三维上色实体或线框造型棚完整工程图产生及不同视图（三维造型还可移动，放大或缩小和旋转）。Pro/Engineer是一个功能定义系统，即造型是通过各种不同的设计专用功能来实现，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）和抽空（Shells）等，采用这种手段来建立形体，对于工程师来说是更自然，更直观，无需采用复杂的几何设计方式。这系统的参数比功能是采用符号式的赋予形体尺寸，不象其他系统是直接指定一些固定数值于形体，这样工程师可任意建立形体上的尺寸和功能之间的关系，任何一个参数改变，其也相关的特征也会自动修正。这种功能使得修改更为方便和可令设计优化更趋完美。造型不单可以在屏幕上显示，还可传送到绘图机上或一些支持Postscript格式的彩色打印机。Pro/Engineer还可输出三维和二维图形给予其他应用软件，诸如有限元分析及后置处理等，这都是通过标准数据交换格式来实现，用户更可配上Pro/Engineer软件的其它模块或自行利用 C语言编程，以增强软件的功能。遥控飞机的计算机辅助方案设计 ...
文档留言 共有条评论
豫公网安备 41072402000322号
