基于CFD的尾座式无人机气动计算与分析

发布时间：2020-03-26 15:15

【摘要】：尾座式无人机是一种既可以像直升机垂直起降又能够以固定翼无人机模式飞行的飞行器,有良好的环境适应性和飞行效率,具有很大的应用价值,所以对尾座式无人机的分析和研究具有重要的理论和现实意义。本文首先对尾座式无人机的特点及国内外研究现状进行了介绍,随后对自行设计的尾座式无人进行了气动分析与研究,主要的研究工作包括以下几个方面:第二章,构建本次运算所需的控制方程并对其离散。本文CFD数值模拟采用了比较适合旋转机械运动的S-A模型和以分离、非耦合方式求解控制方程的SIMPLE算法,并引入了并行运算技术。并介绍几种不同的网格生成方法,针对尾座式无人机物理模型和流场的特点,利用多参考系模型和动量源方法对螺旋桨进行数值模拟,构建了一整套适合两种不同计算方法的网格生成方式。第三章,对叶素理论进行分析和介绍,引入算例,对模型进行混合网格划分,通过构建基于叶素理论的动量源方法对算例进行数值计算,将计算值与实验值进行对比,验证了该方法的有效性。第四章,对基于多参考系模型方法进行了简单介绍,引入直升机旋翼算例,并对其进行非结构网格划分,应用多参考系模型方法对其进行数值模拟,将计算值与实验结果进行对比,验证了该方法的有效性。第五章,针对自行设计尾座式无人机,利用多参考系模型和动量源两种方法对尾座式无人机从起飞到巡航飞行状态进行数值模拟,得出其气动参数,并利用两种不同方法模拟尾座式无人机在地面效应下的影响。
【图文】：

尾座,飞行器

背景纪以来，航空工程师们就在不断探索、寻求一种既可以像直升机一飞机一样完成空中飞行的飞行器。尾座式飞行器便是其中一种，这方便与固定翼飞机高效、高速的优点，是一种介于直升机和固定翼在起降时，尾座式无人机机头朝上机尾朝下，以直升机模式飞行；向前完成 90 度倾转，飞行器机头朝前机尾朝后，以固定翼飞机的模体倾转角度较小时，螺旋桨的拉力提供大部分升力和阻力，当倾转大部分的升力和阻力的部件。后期，德国尝试研发了一种垂直起飞的 Ba349 截击机，，这种新概念起源。二战后，美国于 1948 年研制出了 X-13 验证机[1]，并在 195机的技术，而欧洲也研制出了“甲虫”尾座式飞机。1954 年，美国叫 XFY-1 的尾座式飞行器，而 XFY-1 的动力靠一对同轴反转的螺的螺旋桨互相抵消螺旋桨产生的扭矩，它综合了直升机和固定翼飞升机和固定翼飞机状态的转换，如图 1.1 所示。该飞行器与目前研。

尾座,飞行器,螺旋桨

（a） X-13 验证机（b）XFY-1 验证机图 1.2 螺旋桨尾座式飞行器由于当时技术的限制，该型试验验证机只能靠飞行员手动驾驶，尾座式飞行器从垂直个水平飞行的过程中都能顺利完成，但在着陆过程中，由于尾座式飞行器降落的特殊机头必须朝向天空，而有人机的飞行员也因此面朝天空，这导致飞行员看不到地平面无法掌握飞行器降落的速度以及角度，这为降落过程带来了极大的困难。随着控制技术的发展，无人飞行器逐渐兴起，尾座式飞行器无人机的控制问题也逐渐决，而且尾座式无人机不存在飞行员在降落时的操控问题，因此，尾座式无人机的研逐渐被重视起来。上个世纪 90 年代末，美国空军实验室完成了尾座式无人机“SKYT实验验证工作，该型无人机在起飞过程中和直升机一样，旋翼在旋转过程中桨叶做着和变距运动，该型飞行器采用同轴反向旋转的旋翼抵消扭矩，在水平飞行时靠旋翼产拉力，靠机翼产生升力。该型飞机能够在 800 米高空悬停，可以用直升机模式起飞和以像固定翼模式在空中飞行，能够快速完成战场物质的投送和回收任务，并可进行战侦查和作战毁伤评估任务，具有极高的军事和民用应用价值。正是由于其灵活方便的无人机逐渐开始成为了现今无人机的一个重要的发展方向。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V279

【相似文献】