变总距变转速四旋翼无人机设计技术研究

发布时间：2017-10-05 04:35

  本文关键词：变总距变转速四旋翼无人机设计技术研究

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【摘要】：本文提出了全新的四旋翼无人机设计方法,采用传统直升机旋翼提高效率,旋翼变总距提高操纵功效,旋翼变转速降低需用功率,显著提高了传统四旋翼无人机的飞行性能。首先,介绍多旋翼无人机的国内外研究现状以及发展趋势,指出现有螺旋桨式四旋翼无人机的不足;其次,针对本文提出的变总距变转速方法,通过叶素理论、动量理论与工程经验公式计算四旋翼无人机垂直与前飞等性能,在理论上验证了本文所提出方法的有效性,并且详细比较了优化转速与标准转速所对应的性能差异;第三、本文对四旋翼无人机进行了详细的结构设计,包括旋翼系统,操纵与传动系统等,并应用有限元分析法对关键零件进行静强度分析校核,及各分系统的布局及安装方式,建立飞行器三维模型,研制出一架试飞验证机;第四、建立四旋翼无人机的飞行力学模型,通过该模型研究变总距操纵方式对四旋翼无人机操稳特性的影响;最后,开展试飞试验,试飞试验表明本文所提出的变总距操纵方式的可行性,试飞结果验证了本文分析方法的正确性。通过理论计算及实验验证,证明了本文变总距变转速四旋翼无人机总体构型与操纵方式是可行的,并且具有更好的飞行性能,具有一定的发展潜力。
【关键词】：四旋翼无人机 变转速 变总距 飞行性能 操稳特性
【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】：V279
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-15
• 第一章 绪论15-23
• 1.1 研究背景15-16
• 1.2 研究意义与目的16-17
• 1.3 国内外发展现状17-20
• 1.3.1 四旋翼飞行器发展现状17-20
• 1.3.2 旋翼变转速技术发展现状20
• 1.4 研究主要内容20-23
• 第二章 四旋翼无人机性能与转速优化分析23-42
• 2.1 引言23
• 2.2 设计指标23
• 2.3 总体参数初值23-26
• 2.4 飞行性能分析26-33
• 2.4.1 垂直性能模型26-30
• 2.4.1.1 最大起飞总质量28-29
• 2.4.1.2 垂直上升率29
• 2.4.1.3 悬停升限29
• 2.4.1.4 悬停时间29-30
• 2.4.2 前飞性能模型30-33
• 2.4.2.1 最大平飞速度32
• 2.4.2.2 最大爬升率32
• 2.4.2.3 使用升限32-33
• 2.4.2.4 航时与航程33
• 2.5 转速优化分析33-40
• 2.5.1 转速优化原理33-35
• 2.5.2 转速优化效果35-40
• 2.5.2.1 悬停优化效果35-36
• 2.5.2.2 前飞优化效果36-38
• 2.5.2.3 整机性能优化效果38-40
• 2.6 总体参数终值40-41
• 2.7 本章小结41-42
• 第三章 四旋翼无人机总体机构设计42-57
• 3.1 引言42
• 3.2 整机分系统设计42-55
• 3.2.1 桨毂选择42-45
• 3.2.2 操纵系统45-48
• 3.2.2.1 操纵机构45-47
• 3.2.2.2 操纵运动仿真47-48
• 3.2.3 变距系统48-52
• 3.2.3.1 变距机构48-50
• 3.2.3.2 变距运动仿真50-51
• 3.2.3.3 操纵/变距机构联合仿真51-52
• 3.2.4 传动系统52
• 3.2.5 其他系统52-55
• 3.3 总体结构布局55-56
• 3.3.1 短舱布局55
• 3.3.2 全机布局55-56
• 3.4 本章小结56-57
• 第四章 变距变转速对四旋翼无人机操稳特性影响分析57-78
• 4.1 引言57
• 4.2 机体运动方程57-59
• 4.2.1 坐标系与转换矩阵57-58
• 4.2.2 运动方程58-59
• 4.3 气动模型59-67
• 4.3.1 旋翼气动模型60-65
• 4.3.1.1 翼型剖面倾角60
• 4.3.1.2 剖面气动角60-61
• 4.3.1.3 诱导速度61-63
• 4.3.1.4 桨叶挥舞运动63-65
• 4.3.2 机身组合体气动模型65-67
• 4.4 操稳特性分析67-77
• 4.4.1 四旋翼转速优化的配平特性响应67-69
• 4.4.2 四旋翼转速优化的稳定特性响应69-71
• 4.4.3 四旋翼转速优化的操纵特性响应71-77
• 4.4.3.1 悬停时的操纵特性响应71-74
• 4.4.3.2 前飞时的操纵特性响应74-77
• 4.5 本章小结77-78
• 第五章 四旋翼无人机样机研制与试飞试验78-91
• 5.1 引言78
• 5.2 样机硬件系统78-83
• 5.2.1 飞行控制系统79-81
• 5.2.2 驱动系统81-83
• 5.3 试飞试验83-90
• 5.3.1 全系统地面联调83-84
• 5.3.2 地面试车试验84-86
• 5.3.3 样机飞行试验86-90
• 5.4 本章小结90-91
• 第六章 总结与展望91-93
• 6.1 本文研究工作总结91
• 6.2 进一步研究展望91-93
• 参考文献93-96
• 致谢96-97
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文97

【参考文献】

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本文编号：974835