《飞行力学》
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究意义
1.2 研究现状及趋势
1.2.1 共轴双旋翼国外研究现状及趋势
1.2.2 共轴双旋翼国内研究现状及趋势
1.2.3 系留无人机现状及趋势
1.3 研究内容和研究方法
2 共轴双旋翼无人机总体设计
2.1 初始条件
2.2 无人机总体设计
2.2.1 总体布局设计
2.2.2 重量估算
2.3 动力装置的选择
2.4 旋翼桨叶气动外形设计分析
2.4.1 翼型的选择
2.4.2 旋翼参数的选择
2.5 旋翼扭矩分析及操作机构设计
2.5.1 旋翼扭矩分析
2.5.2 操作机构设计
2.6 本章小结
3 共轴双旋翼无人机设计理论基础
3.1 旋翼气动性能计算
3.1.1 共轴双旋翼系统动力学模型
3.1.2 气动力模型坐标系的建立
3.1.3 各个坐标系之间的相互变换
3.2 共轴双旋翼无人机垂直运动入流模型
3.3 旋翼气动力与力矩的计算
3.4 本章小结
4 共轴双旋翼无人机飞行动力学建模与分析
4.1 共轴双旋翼CFD分析
4.2 转速对旋翼气动性能的影响
4.3 上下旋翼间距对双旋翼性能的影响
4.4 流场压强分布及结果分析
4.4.1 旋翼流场压强分布
4.4.2 计算结果分析
4.5 本章小结
5 共轴双旋翼无人机的设计制造与实验验证
5.1 旋翼材料的选取以及力学分析
5.2 传动机构的设计
5.2.1 传动机构方案设计
5.2.2 传动机构各齿轮配齿计算
5.2.3 各齿轮主要参数及几何尺寸计算
5.3 零件加工与数字化装配
5.4 飞行试验验证
5.5 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
致谢
参考文献
附录
文章摘要:系留无人机作为一种新式浮空器,通常由旋翼无人机、系留线缆以及地面起降平台组成,可以通过地面供电实现长时间滞空悬停,根据机身搭载的不同设备可实现不同功能。本文主要针对系留无人机主体——共轴双旋翼无人机进行研究,研究了共轴双旋翼气动特性基础理论计算方法,利用CFD对旋翼系统进行了数值模拟,得到了满足设计要求的结果,并对此进行物理样机的研制。具体的研究内容主要如下:对共轴双旋翼无人机的总体结构进行设计。确定无人机整体布局形式,对无人机起飞重量进行系统估算,并采用叶素—动量理论分析共轴双旋翼结构下无人机上下旋翼的气动特性,为后续的数值模拟奠定理论基础;对系留无人机下旋翼进行气动外形设计,确定了旋翼的主要参数,并研究了无人机的姿态控制机构,最后对无人机旋翼以及整体结构进行了二维、三维数字化建模;根据所建立的无人机模型,采用ICEM对无人机上下旋翼的旋转域以及外流域进行网格划分,通过ANSYS Fluent软件,结合Navier-Stokes主控方程、基于密度的耦合隐式算法以及Standard k-epsilon湍流模型,建立一套适合于共轴双旋翼结构的数值计算模型,对不同转速,不同旋翼间距的模型进行了多次分析,最终得出满足设计要求且效果较好的实验数据。根据建立的三维数字模型以及CFD数值模拟结果,研制了物理样机,并进行了试飞试验,验证了设计的可行性和正确性。
文章关键词:
论文分类号:V279
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