微小型无人飞行器电动力系统推进装置优化

发布时间：2020-10-31 07:51

　　 随着微小型无人飞行器应用越来越普遍,电动力系统作为最适用的动力系统之一,其续航问题越来越受到人们的关注。在无法减小飞行器质量以及电池密度无法提高的前提下,只能通过提高系统的效率来提高续航时间。其中螺旋桨、螺旋桨与电机的匹配两方面对电动力系统效率的影响占主要因素,故本文通过提高螺旋桨效率和提高匹配效率两个方面来对电动力系统进行优化设计。首先,本文详细介绍了目前国内外螺旋桨气动分析理论,结合本课题中微小型无人飞行器所用螺旋桨的特点进行比较分析,选择片条理论作为本文螺旋桨的气动分析理论;在详细介绍片条理论的计算原理后,建立螺旋桨的气动计算模型,并对某螺旋桨进行气动仿真计算,通过与实验结果的比较,验证出该气动分析理论应用于分析本课题螺旋桨的正确性。其次,在验证片条理论合适的基础上,通过比较目前螺旋桨优化设计的方法,选择Betz法作为螺旋桨的优化设计方法;将片条理论与Betz法结合,给出详细的优化设计方法,并描述了整个优化设计流程以及建立螺旋桨的优化设计模型;通过该模型对螺旋桨进行优化设计,给出优化设计后螺旋桨详细的结构参数以及三维示意图。然后,本文进一步对优化后螺旋桨的各个工作状态进行深入分析,分别对优化的螺旋桨在动拉力与静拉力的工作状态下进行性能计算,并与实验测试结果进行比较分析,验证优化方法的有效性;同时考虑到由静拉力计算动拉力的重要性,本文通过理论分析给出螺旋桨静拉力与动拉力之间的数学关系,并给出相应参数的计算方法。最后,在已知螺旋桨的基础上,建立电机数学模型并与螺旋桨的气动模型联立,通过比较分析不同电机与螺旋桨组合的性能曲线来选择出较优的匹配结果,从而完成电机与螺旋桨的匹配优化设计。
【学位单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：V237;V279
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状分析
        1.2.1 螺旋桨气动分析技术的发展
        1.2.2 螺旋桨优化设计方法的发展
        1.2.3 动力系统匹配优化设计的发展
    1.3 本文内容及安排
第2章 螺旋桨气动理论
    2.1 气动理论比较
    2.2 片条理论原理
        2.2.1 速度多边形
        2.2.2 力多边形
    2.3 气动理论分析
        2.3.1 数学模型
        2.3.2 结果与分析
        2.3.3 结论
    2.4 本章小结
第3章 螺旋桨优化设计
    3.1 优化设计方法比较
    3.2 Betz法原理
    3.3 优化方法设计
        3.3.1 速度多边形
        3.3.2 力多边形
    3.4 优化设计仿真模型
        3.4.1 优化设计模型
        3.4.2 优化设计流程
        3.4.3 结果及分析
        3.4.4 结论
    3.5 本章小结
第4章 螺旋桨优化性能分析
    4.1 动拉力状态分析
        4.1.1 动拉力状态分析模型
        4.1.2 结果与分析
        4.1.3 结论
    4.2 静拉力状态分析
        4.2.1 静拉力状态数学分析
        4.2.2 结果比较与分析
        4.2.3 结论
    4.3 动拉力与静拉力关系分析
        4.3.1 理论关系
        4.3.2 滑翔进速比计算
        4.3.3 仿真模型建立
        4.3.4 结果比较与分析
        4.3.5 结论
    4.4 本章小结
第5章 螺旋桨与电机的匹配设计
    5.1 动力系统概述
    5.2 电机工作原理及数学模型
        5.2.1 电机工作原理
        5.2.2 电机数学模型
    5.3 螺旋桨与电机匹配设计方法
        5.3.1 匹配问题
        5.3.2 匹配设计方法
    5.4 匹配设计模型
        5.4.1 匹配设计数学模型
        5.4.2 匹配设计仿真结果
        5.4.3 结论
    5.5 本章小结
总结与展望
参考文献
致谢

【参考文献】

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2 张爱华;秦武;;以色列军用小型无人机发展概览[J];飞航导弹;2010年02期

3 尹泽勇;李上福;李概奇;;无人机动力装置的现状与发展[J];航空发动机;2007年01期

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本文编号：2863664