磁悬浮旋翼环结构设计及性能研究

发布时间：2020-03-22 05:14

【摘要】：旋翼机作为一种利用前飞时的相对气流吹动旋翼自转以产生升力的航空器,具有体积小、重量轻、效率高、能垂直起降等优势,通常运用于高端航拍、专业安防、管线巡视、无人机空中监管等方面。目前旋翼机结构中存在的主要问题是:若采用外缘支承结构,支承处的结构尺寸大、线速度高,常规机械轴承无法满足要求;若采用中心轴支承结构,旋翼暴露在外面,且旋翼机轴向尺寸较大,旋翼机由于振动较大降低隐身性能。针对目前旋翼机支承方面存在的缺陷,本文提出了将磁悬浮技术运用于旋翼机支承的方案,即旋翼环结构固定在旋翼机的机体内,盘式电机作为旋转驱动结构,通过磁悬浮支承的方式,将螺旋桨产生的升力通过磁力传递到旋翼机机身。该方法提高了旋翼环的转速,降低了系统的摩擦,理论上消除了振动,提高了旋翼机的隐蔽性。本文的主要研究内容如下:(1)依据磁悬浮支承的原理,设计出旋翼环的磁悬浮支承结构。参考旋翼机设计相关数据,对旋翼环轴向和径向支承进行了参数设计,比较了不同方案的优缺点,采用了轴向EDS悬浮径向EMS悬浮的混合磁悬浮方案。(2)运用有限元软件对所设计的旋翼环支承部分进行了磁场数值仿真分析,得到了旋翼环轴向和径向支承结构的磁场分布情况,研究了各种结构参数对磁悬浮支承性能的影响。通过仿真分析结果表明所设计的轴向EDS悬浮系统和径向EMS悬浮系统可以提供旋翼环工作时所需要的轴向和径向支承力。(3)根据旋翼环转子实际工作情况,运用有限元软件对旋翼环转子的自由模态进行了分析,得到了旋翼环转子的前六阶固有频率和振型,为旋翼环结构优化设计提供了理论依据。(4)依据所设计的旋翼环轴向EDS支承结构,研制了旋翼环轴向支承特性实验平台,进行了轴向EDS悬浮实验,研究了EDS悬浮系统的支承特性,得到了不同气隙下Halbach阵列受到的悬浮力随电机转速的变化规律。
【图文】：

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图 1-1 第一架四旋翼直升机orge De Bothezat[22]在美国空军部建造了一架的飞行试验，于 1922 年 12 月首飞，而且搭，仍未能达到稳定飞行。人 Etienn Oemichen[23]的四旋翼直升机问世于稳定和控制飞机的推进器以及另外两个的垂直飞行。人 Albert Gillis Von Baumhauer 开发了配有倾斜盘和抗扭螺旋桨来集中循环控制的旋翼930 年报废。0 年代中期时，自转式旋翼机已经服役了将发了一系列的技术突破，最终可在空中盘旋械效率、操控性差、安全性等种种原因逐公司于1958年为美国陆军研制的VZ-7[24]，被

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国内主要有大疆公司、亿航公司等在研究旋翼机，但都以商用或农用旋翼机为主。图1-2 为大疆 MG-1 多旋翼农业植保机[27]。图 1-2 大疆 MG-1 多旋翼农业植保机近两年，我国航空公司与国内大学展开合作共同研发新的旋翼机。图 1-3 为天津大学自主研发的 FY-11 飞眼无人机，该工业级多旋翼无人机载重能力达到5kg，续航时间长达 50min，经过长时间的稳定性测试可以适应多种作业环境，最大升限可达 5km，适应高海拔作业。图 1-3 FY-11 飞眼无人机目前，旋翼机的主要研究方向为倾转旋翼机[28-31]。雷虎飞行器公司研制出了一种“灵鹊”倾转四旋翼无人机，，它结合了四旋翼和固定翼无人机的优点，具有
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V275.1

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