● 摘要
极地科考小型无人机系统对于创新极地科考手段、扩展科考作业的时空范围和提高我国极地科考装备的自动化水平,在极地高危险区域和极端恶劣环境下实现科学观测、数据获取和样品采集都具有重要的意义。本文结合国家“863”计划项目——极地科学考察的冰雪面移动和低空飞行机器人关键技术与系统研究,开展了面向极地科学考察的小型无人机系统研究与极地科学考察实验研究。 针对极地低温、大风等极端恶劣气候环境条件,进行了极地科考无人机系统的总体方案设计,该无人机系统包括载机平台、自动驾驶与导航控制系统、无线链路、任务载荷、地面控制台和地面支援系统等。 设计研制了适于极地科考的无人机机体,该机体采用T尾布局的大展弦比气动外形,兼容了大载重量和低阻高速的优点;进行了飞行器的气动设计计算,获得了较好的气动特性和纵向控制性能。 研制了兼容南极碎石地面和积雪地面起降环境的滑雪板与机轮组合的无人机起落架系统,进行了适于单人操作的无人机拆装结构设计,并对视频设备、红外辐射计和自动驾驶仪等机载设备进行了系统集成,符合布置均匀和避免干扰等要求。为了提高小型无人机极地科考实验的可靠性,在国内进行了样机的模拟飞行实验;在此基础上在南极中山站附近进行了海冰皮温观测科考实验,小型无人机搭载图像系统和红外辐射计,以低空自动飞行的方式测量海冰皮温,获得了海冰皮温数据和冰况图片,达到了预期的效果,成功实现了中国小型无人机首次在南极地区的科学考察观测实验。
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