涵道螺旋桨飞行器总体设计

发布时间：2017-09-24 11:35

  本文关键词：涵道螺旋桨飞行器总体设计

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【摘要】：现有的涵道风扇飞行器主要依靠涵道风扇下方的控制舵面或涵道内旋翼的变距机构来实现其飞行姿态的控制,但是由于前者的控制舵面位于螺旋桨的下方,从而使得这类涵道风扇飞行器的稳定性比较差,而后者的变距机构和操纵系统通常比较复杂。针对上述问题,本文结合四旋翼飞行器的布局型式和飞行控制方法,在涵道共轴双螺旋桨的周围布置四个涵道螺旋桨作为飞行器的操纵面,设计一种能够实现悬停,垂直起降和小速度前飞的涵道螺旋桨无人飞行器。本文首先在确定了飞行器的气动布局型式之后,对其一些主要的部件进行了详细的参数设计,完成了各种方案下飞行器三维几何模型的建立。其次运用文中所建立的数值模拟方法分别对作为升力面和操纵面的涵道共轴双螺旋桨和涵道螺旋桨在不同工况下的气动性能进行了详细的数值计算和分析,其中着重对比分析了不同状态下,嵌入式涵道螺旋桨、嵌入式涵道双螺旋桨和镂空涵道双螺旋桨相比于一般涵道螺旋桨和涵道双螺旋桨所具有的优势及其适用范围。再次对飞行器的主承力部件机架分别进行了静力学和动力学分析,通过静力学分析使其满足了本文强度和刚度的要求,而动力学主要分析了机架的固有频率和振型,提出了螺旋桨转速的危险区域。最后在完成原理验证机的制作后,对原理验证机在不同工况下进行了试飞,验证了本文涵道螺旋桨飞行器气动布局的可行性。
【关键词】：涵道风扇 总体设计 机架 原理样机 试飞
【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】：2016
【分类号】：V275.1;V279
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-16
• 符号表16-17
• 第一章 绪论17-24
• 1.1 引言17
• 1.2 国内外研究现状17-23
• 1.2.1 涵道风扇式飞行器的研制状况17-21
• 1.2.2 涵道风扇系统气动特性的研究21-23
• 1.3 本文研究目的及主要内容23-24
• 第二章 涵道螺旋桨飞行器的气动布局设计24-32
• 2.1 引言24
• 2.2 飞行器整体布局设计及工作原理24-25
• 2.3 飞行器各部件设计25-30
• 2.3.1 机架设计25-26
• 2.3.2 螺旋桨设计26-29
• 2.3.3 涵道体设计29-30
• 2.4 飞行器三维模型30-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第三章 数值模拟方法32-43
• 3.1 引言32-33
• 3.2 数值模拟方法33-39
• 3.2.1 控制方程33-34
• 3.2.2 湍流模型34-36
• 3.2.3 边界条件36-38
• 3.2.4 多重参考系模型（MRF）38
• 3.2.5 SIMPLE算法38-39
• 3.3 算例验证39-42
• 3.3.1 几何模型39-40
• 3.3.2 网格划分40-41
• 3.3.3 边界条件和求解器设置41
• 3.3.4 计算内容41-42
• 3.3.5 计算结果和试验对比分析42
• 3.4 本章小结42-43
• 第四章 涵道螺旋桨气动特性分析43-70
• 4.1 引言43
• 4.2 孤立螺旋桨气动特性分析43-50
• 4.2.1 几何模型43-44
• 4.2.2 网格的划分44
• 4.2.3 悬停状态数值计算结果分析44-46
• 4.2.4 轴流状态数值计算结果分析46-48
• 4.2.5 斜流状态数值计算结果分析48-50
• 4.3 涵道螺旋桨气动特性分析50-60
• 4.3.1 几何模型50-51
• 4.3.2 网格的划分51
• 4.3.3 悬停状态数值计算结果分析51-54
• 4.3.4 轴流状态数值计算结果分析54-57
• 4.3.5 斜流状态数值计算结果分析57-60
• 4.4 嵌入式涵道螺旋桨气动特性分析60-69
• 4.4.1 几何模型60-61
• 4.4.2 网格的划分61
• 4.4.3 悬停状态数值计算结果分析61-64
• 4.4.4 轴流状态数值计算结果分析64-66
• 4.4.5 斜流状态数值计算结果分析66-69
• 4.5 本章小结69-70
• 第五章 涵道共轴双螺旋桨气动特性分析70-109
• 5.1 引言70
• 5.2 双螺旋桨气动特性分析70-78
• 5.2.1 几何模型70-71
• 5.2.2 网格的划分71
• 5.2.3 悬停状态数值计算结果分析71-75
• 5.2.4 轴流状态数值计算结果分析75-77
• 5.2.5 斜流状态数值计算结果分析77-78
• 5.3 涵道双螺旋桨气动特性分析78-90
• 5.3.1 几何模型79
• 5.3.2 网格的划分79
• 5.3.3 悬停状态数值计算结果分析79-84
• 5.3.4 轴流状态数值计算结果分析84-87
• 5.3.5 斜流状态数值计算结果分析87-90
• 5.4 嵌入式涵道双螺旋桨气动特性分析90-99
• 5.4.1 几何模型90-91
• 5.4.2 网格的划分91
• 5.4.3 悬停状态数值计算结果分析91-94
• 5.4.4 轴流状态数值计算结果分析94-96
• 5.4.5 斜流状态数值计算结果分析96-99
• 5.5 镂空涵道双螺旋桨气动特性分析99-108
• 5.5.1 几何模型99-100
• 5.5.2 网格的划分100
• 5.5.3 悬停状态数值计算结果分析100-103
• 5.5.4 轴流状态数值计算结果分析103-105
• 5.5.5 斜流状态数值计算结果分析105-108
• 5.6 本章小结108-109
• 第六章 机架结构分析109-116
• 6.1 引言109
• 6.2 静力学分析109-112
• 6.2.1 几何模型109-110
• 6.2.2 网格的划分110
• 6.2.3 材料属性110
• 6.2.4 边界条件的定义110-111
• 6.2.5 结果与分析111-112
• 6.3 动力学分析112-115
• 6.4 本章小结115-116
• 第七章 原理验证机的制作与试飞116-121
• 7.1 引言116
• 7.2 机架的制作116
• 7.3 动力系统的选择116-118
• 7.3.1 螺旋桨116-117
• 7.3.2 电机117-118
• 7.3.3 电调和电池118
• 7.4 控制系统的选择118-119
• 7.5 组装和试飞119-120
• 7.6 本章小结120-121
• 第八章 全文总结及展望121-124
• 8.1 本文主要工作及结论121-122
• 8.2 后续展望122-124
• 参考文献124-126
• 致谢126-127
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文127

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本文编号：911191