一种新构型倾转四旋翼无人机的气动特性分析

发布时间：2017-10-04 17:37

  本文关键词：一种新构型倾转四旋翼无人机的气动特性分析

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【摘要】：倾转旋翼飞行器具有垂直起降和高速前飞的优点,但是国内外的倾转旋翼飞行器采用倾转机翼两端的两个旋翼的方法来实现由悬停模式到固定翼模式的转换,在转换飞行模式时,整个飞行器极度不稳定,其控制技术难度高,并且具有极高的风险性。本文结合四旋翼飞行器在垂直起降、小速度前飞状态下优良的稳定性能和固定翼飞机的高速前飞性能,设计了一种新构型倾转四旋翼无人机,采用基于计算流体力学的数值计算方法计算和分析了该无人机气动特性和干扰规律。本文首先设计了一种新构型倾转四旋翼无人机,该飞行器在机身前后和机翼翼尖各安装一副螺旋桨,并采用分步倾转的策略,实现了飞行模式的稳定过渡,有效的减小了倾转旋翼飞行器的技术难度,并建立了新构型倾转四旋翼无人机的三维几何模型。其次针对该飞行器的气动布局特点,建立了一套基于CFD的新构型倾转四旋翼无人机气动特性的数值计算方法,其中螺旋桨的计算采用多参考坐标系的方法,通过对孤立螺旋桨在悬停状态下拉力和功率的试验值和数值计算值的对比分析,验证了该数值计算方法的有效性。然后采用已建立的数值计算方法,对该无人机在垂直飞行、高速前飞和倾转过渡模式下螺旋桨对机身、机翼和尾翼的气动干扰进行了详细的计算与分析。最后得到了不同模式下螺旋桨对机身、机翼和尾翼气动干扰的一般规律,为该倾转四旋翼无人机的设计和应用奠定了一定的理论基础。
【关键词】：倾转四旋翼 CFD 逆向建模 试验 气动干扰
【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
• ABSTRACT5-11
• 注释表11-12
• 第一章 绪论12-19
• 1.1 研究背景12-15
• 1.2 国内外研究概况15-18
• 1.3 本文研究目的及主要内容18-19
• 第二章 新构型倾转四旋翼无人机的设计19-29
• 2.1 新构型设计19
• 2.2 布局设计19-22
• 2.2.1 四旋翼和固定翼布局设计19-21
• 2.2.2 倾转方案设计21-22
• 2.3 机体模型的建立22-24
• 2.4 螺旋桨几何模型的建立24-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 气动特性分析的方法29-41
• 3.1 数学模型29-30
• 3.1.1 湍流模型29
• 3.1.2 边界条件和初始条件29-30
• 3.2 多参考坐标系（MRF）30-32
• 3.3 计算域的选取和结构网格的生成32-36
• 3.3.1 计算域的选取33
• 3.3.2 网格划分33-35
• 3.3.3 网格生成的步骤及流程图35-36
• 3.4 算例验证36-40
• 3.4.1 孤立螺旋桨气动特性实验研究36-38
• 3.4.2 孤立螺旋桨气动特性数值模拟38-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第四章 垂直飞行时的气动特性分析41-47
• 4.1 引言41
• 4.2 几何模型建立与网格生成41-43
• 4.2.1 几何模型和流场域的选取41-42
• 4.2.2 网格生成42-43
• 4.3 气动干扰分析43-46
• 4.4 本章小结46-47
• 第五章 前飞时的气动特性分析47-55
• 5.1 引言47
• 5.2 几何模型与网格生成47-48
• 5.3 气动干扰分析48-54
• 5.3.1 左右螺旋桨气动干扰分析48-51
• 5.3.2 前后螺旋桨干扰分析51-54
• 5.4 本章小结54-55
• 第六章 倾转过渡的气动特性分析55-78
• 6.1 引言55
• 6.2 几何建模与网格生成55-57
• 6.3 气动干扰分析57-77
• 6.3.1 前螺旋桨气动干扰分析57-68
• 6.3.2 左右螺旋桨气动干扰分析68-77
• 6.4 本章小结77-78
• 第七章 总结与展望78-80
• 7.1 本文主要工作和结论78
• 7.2 未来工作展望78-80
• 参考文献80-83
• 致谢83-84
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文84

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本文编号：971966