森林防火小型无人机总体设计与仿真研究

发布时间：2022-12-23 21:09

　　近年来,随着无人机设计技术的进步,国内外掀起了研制无人机的高潮。其应用领域不断扩大,无论是在军事领域还是在民用领域,都有无可替代的作用。无人机中低空监测系统具有动作灵活、使用成本低、维护操作简单等优势。无人机在森林防火方面已经得到大力发展和广泛应用。但是目前国内针对森林防火无人机的研发较为缓慢。所以对森林防火小型无人机进行研究是非常有意义的。飞机设计通常分为两大阶段：总体设计和结构设计。总体设计包括拟定设计要求、概念设计和初步设计,结构设计主要是详细设计。本文主要针对森林防火小型无人机的总体设计和仿真方面进行研究。运用空气动力学相关知识,并基于森林防火小型无人机的设计参数、机体结构、材料分析、动力系统等,对森林防火小型无人机进行概念设计、三维造型,对森林防火小型无人机的总体设计及气动优化进行初步研究。对森林防火小型无人机的飞行姿态控制、飞控系统、控制结构和控制律进行基本分析和设计。在分析飞控系统结构、工作原理的基础上构建飞控系统电控平台及其相关的控制设备。对森林防火小型无人机主要部分进行设计,并对初始设计进行优化改进。通过对比市场上类似结构的无人机,发现机身设计存在的问题,并通过对机身... 

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 森林防火无人机的概述
    1.2 本文研究目的与意义
    1.3 国内外森林防火研究现状
    1.4 本文主要研究内容
2 森林防火小型无人机设计理论基础
    2.1 计算空气动力学基础
        2.1.1 基本方程
        2.1.2 常用方法
    2.2 结构化模型
    2.3 结构设计特点
    2.4 本章小结
3 森林防火小型无人机总体设计
    3.1 拟定设计要求
    3.2 概念设计
        3.2.1 气动布局形式
        3.2.2 主要总体参数的选择
        3.2.3 起飞重量的估算
        3.2.4 功率重量比和翼载荷的估算
        3.2.5 发动机和主要的机载设备
    3.3 初步设计
        3.3.1 方案设计
        3.3.2 总体布局
    3.4 三维造型
        3.4.1 计算机辅助飞机设计技术
        3.4.2 森林防火小型无人机建模
    3.5 无人机结构及传动控制描述
    3.6 复合材料的选用
        3.6.1 复合材料概述
        3.6.2 结构材料的分析和选取
    3.7 本章小结
4 森林防火小型无人机的飞控系统设计
    4.1 飞行姿态控制
    4.2 控制系统
    4.3 滚转姿态控制分析
    4.4 俯仰角控制分析
    4.5 电控部分设计
    4.6 飞行控制设备
        4.6.1 控制器的选取
        4.6.2 自动驾驶仪
        4.6.3 飞行航迹矢量地面工作站
    4.7 本章小结
5 森林防火小型无人机机身设计及气动优化分析
    5.1 非线性空气动力学数值方法
    5.2 森林防火小型无人机主要部分的设计
    5.3 优化设计的数学模型
    5.4 设计路线
    5.5 机身分析及基于FLUENT的气动外形优化设计
        5.5.1 机身布局
        5.5.2 机身设计的优化
        5.5.3 网格生成
        5.5.4 湍流模型
        5.5.5 仿真结果与分析
        5.5.6 机身通风孔及装配的设计
    5.6 本章小结
6 森林防火小型无人机气动特性初步研究和模态仿真分析
    6.1 机翼结构及优化
        6.1.1 翼梁的设计
        6.1.2 肋板的设计
        6.1.3 导缘帽和尾撑杆的设计
        6.1.4 局部优化
    6.2 机翼与机身连接结构设计
    6.3 整架无人机的气动特性分析
        6.3.1 机翼翼型选择
        6.3.2 无人机几何参数
        6.3.3 升力、阻力及升阻比
        6.3.4 阻力系数及极曲线
    6.4 无人机稳定性的初步分析
    6.5 基于ANSYS Workbench的模态仿真分析
    6.6 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
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[4]护林防火技术在森林资源保护中的应用[J]. 彭贵友.  农技服务. 2014(06)
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硕士论文
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[2]A公司四旋翼无人机项目商业计划书[D]. 高群业.华南理工大学 2013
[3]机翼结构选型方法研究[D]. 张振伟.南京航空航天大学 2011
[4]基于多领域统一建模的飞机起落架系统的仿真与分析[D]. 陈卫平.华中科技大学 2009
[5]鸭式布局高空长航时无人机系列的概念设计与气动优化[D]. 郭科志.南京航空航天大学 2008
[6]面向飞行器总体设计的虚拟装配约束管理研究[D]. 吴玲.南京航空航天大学 2008
[7]应用于飞行器研制生命周期的信息模型研究[D]. 高浩.南京航空航天大学 2007
[8]飞机总体设计参数的集成与管理技术研究[D]. 王和平.西北工业大学 2006



本文编号：3725427