小型油动力涵道飞行器结构设计及动力学建模和优化

发布时间：2017-11-13 19:07

  本文关键词：小型油动力涵道飞行器结构设计及动力学建模和优化

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【摘要】：智慧城市的迅速发展为无人移动监测平台提供了巨大的发展空间，具有机动平飞和悬停能力、长航时以及良好安全性的小型油动力涵道飞行器是该领域的最优选择之一。但由于小型油动力涵道飞行器本身结构复杂，而且在结构设计、气动特性以及控制建模等方面的技术研究尚未成熟，因此在国内尚未得到广泛的应用。针对上述问题，本文开展了小型油动力涵道飞行器结构设计、动力学建模及结构优化等方面的研究工作。 民用小型油动力涵道飞行器对飞行器性能的要求与军用不同，结合智慧城市应用背景并且参考军用涵道飞行器的性能，本文设定了所研究的小型油动力涵道飞行器的技术指标；涵道飞行器总体具有多样性，尤其是姿态控制机构具有多种不同方案，本文通过模糊评判的方法确定小型油动力涵道飞行器的控制机构方案。然后对飞行器的各个子系统进行了设计：通过性能对比选定Zenoah80发动机作为飞行器动力源，然后对多种叶数不同螺旋桨搭配该发动机时的动力特性进行实验测试，选定最合适的螺旋桨；设计涵道本体结构并选定材料类型，对发动机安装架进行模态分析，确定合适结构使得发动机振动平率远离安装架主要模态；通过计算和ansys cfx仿真分析设计反扭矩舵和控制舵的尺寸；针对两种常用的涵道飞行器起落架方案，利用adams软件对两种方案落地时的冲击载荷和动态过程进行仿真分析，明确较为合适的起落架方案；设计完成后，给出了加工组装后的小型油动力飞行器样机实物图。 小型涵道油动力飞行器是一种静不稳定的飞行器，在控制系统设计之前，必须建立比较准确的飞行器动力学模型，并对数学模型中的常值参数进行确定和识别。本文对小型油动力涵道飞行器的各个子系统进行了详细的受力分析，然后运用刚体动力学分析方法建立了飞行器数学模型，通过分析模型归纳出控制系统设计需要辨识的常值参数，，然后利用试验和仿真方法确定了这些参数的值。 本文在设计完小型油动力涵道飞行器并对其建模之后，通过分析建立的数学模型，提出了一种飞行器结构优化方案：利用单层控制舵差动实现飞行器三个姿态的控制。通过ansys cfx气动特性仿真分析，对比了原有方案与优化方案的气动特性，验证了优化方案在气动特性上的可行性；然后建立了优化方案的数学模型，并对模型的零动态特性进行了分析，证明该状态下飞行器的稳定性；最后为优化方案设计了一种最优二次型控制器，通过matlab仿真验证了优化方案实际姿态控制的可行性。
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V221

【共引文献】

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本文编号：1181980