某旋翼飞行器涵道桨叶设计研究

发布时间：2020-11-05 16:18

　　 近年来,单人飞行器和飞行汽车等成为国内外军用和民用领域研究的热点,出现了多种构型的单人飞行器,但这些单人飞行器具有体积大,控制难,成本高等缺点。而以涵道旋翼/风扇为升力/推力系统的飞行器,具有气动效率高,旋翼噪音低、安全性高及结构紧凑等特点,并且能够实现垂直起降和良好的悬停性能。因此,本文参考国内外飞行器的几种构型,对比各种方案的优缺点,根据技术要求设计了一种新型的电动单人涵道飞行器,完成飞行器的总体布局,并在此基础上重点进行旋翼桨叶的气动外形和动力学设计。首先,运用本文建立的数值模拟方法,对比分析了涵道单/双旋翼和孤立单/双旋翼的气动特性和流场特性,并对有涵道作用下的旋翼桨叶的气动外形进行关键设计参数影响分析,着重计算和对比了设计参数对涵道旋翼悬停状态气动性能的影响。其次,根据上述升力系统气动性能的分析结果,确定升力系统的形式和布局方案,完成新型涵道飞行器总体参数的初步选择和总体布局设计。在总体布局的基础上,采用动量-叶素理论完成了涵道旋翼系统的气动外形的初步参数选择。接着,基于CATIA参数化建模、CFD气动力计算模型及优化算法,通过代理模型建立了桨叶气动外形优化集成平台,并在桨叶优化结果的基础上,通过CST翼型参数化方法完成了桨叶翼型的优化设计。最后,在桨叶气动外形确定的基础上,依次完成对复合材料桨叶的剖面构型设计、剖面特性计算、动力学特性分析及强度校核等方面工作。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V228
【部分图文】：

图 1. 1 De Lackner DH-4 单人飞行器日本机械制造公司研制的“GEN H-4”单人飞行器，机身是一个简单的开放式框架，采用向旋转的共轴双旋翼布局，发动机安装在旋翼下方。需要驾驶员通过操纵手柄及调整身体重心位置进行控制。

图 1. 2 GEN H-4 单人飞行器Pal-V One 是由荷兰公司研制的一款融汽车和自转旋翼机为一体的飞行器，长宽高分别是4.0m/1.6m / 1.6m，机身由全碳纤制造，设计重量 910kg，发动机功率为 160kW，在地面或空中的最高时速都可达到 180 公里，空中最慢速度则是 50km/h。Pal-V One 以自转旋翼机为主要的升力系统，旋翼桨叶可以折叠，尾部的推进器负责提供前行动力，结构相对简单，因此，这类

3图 1. 3 PAL-V 单人飞行器除了旋翼类单人飞行器，早在上世纪 50 年代，航空技术发达国家的科研机构就已经对涵道类单人飞行器开展了相关研究，投入大量的人力和物力，并取得了诸多的研究进展。例如：为了满足部队需求，1957 年美军研制出一款新型的载人涵道飞行器“Airgeep”，如图 1.4 所示，
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本文编号：2871880