【摘要】：尾座式無人機(jī)是一種既可以像直升機(jī)垂直起降又能夠以固定翼無人機(jī)模式飛行的飛行器,有良好的環(huán)境適應(yīng)性和飛行效率,具有很大的應(yīng)用價(jià)值,所以對尾座式無人機(jī)的分析和研究具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。本文首先對尾座式無人機(jī)的特點(diǎn)及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹,隨后對自行設(shè)計(jì)的尾座式無人進(jìn)行了氣動分析與研究,主要的研究工作包括以下幾個方面:第二章,構(gòu)建本次運(yùn)算所需的控制方程并對其離散。本文CFD數(shù)值模擬采用了比較適合旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)動的S-A模型和以分離、非耦合方式求解控制方程的SIMPLE算法,并引入了并行運(yùn)算技術(shù)。并介紹幾種不同的網(wǎng)格生成方法,針對尾座式無人機(jī)物理模型和流場的特點(diǎn),利用多參考系模型和動量源方法對螺旋槳進(jìn)行數(shù)值模擬,構(gòu)建了一整套適合兩種不同計(jì)算方法的網(wǎng)格生成方式。第三章,對葉素理論進(jìn)行分析和介紹,引入算例,對模型進(jìn)行混合網(wǎng)格劃分,通過構(gòu)建基于葉素理論的動量源方法對算例進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,將計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行對比,驗(yàn)證了該方法的有效性。第四章,對基于多參考系模型方法進(jìn)行了簡單介紹,引入直升機(jī)旋翼算例,并對其進(jìn)行非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分,應(yīng)用多參考系模型方法對其進(jìn)行數(shù)值模擬,將計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比,驗(yàn)證了該方法的有效性。第五章,針對自行設(shè)計(jì)尾座式無人機(jī),利用多參考系模型和動量源兩種方法對尾座式無人機(jī)從起飛到巡航飛行狀態(tài)進(jìn)行數(shù)值模擬,得出其氣動參數(shù),并利用兩種不同方法模擬尾座式無人機(jī)在地面效應(yīng)下的影響。
【圖文】：

背景紀(jì)以來，航空工程師們就在不斷探索、尋求一種既可以像直升機(jī)一飛機(jī)一樣完成空中飛行的飛行器。尾座式飛行器便是其中一種，這方便與固定翼飛機(jī)高效、高速的優(yōu)點(diǎn)，是一種介于直升機(jī)和固定翼在起降時，尾座式無人機(jī)機(jī)頭朝上機(jī)尾朝下，以直升機(jī)模式飛行；向前完成 90 度傾轉(zhuǎn)，飛行器機(jī)頭朝前機(jī)尾朝后，以固定翼飛機(jī)的模體傾轉(zhuǎn)角度較小時，螺旋槳的拉力提供大部分升力和阻力，當(dāng)傾轉(zhuǎn)大部分的升力和阻力的部件。后期，德國嘗試研發(fā)了一種垂直起飛的 Ba349 截?fù)魴C(jī)，，這種新概念起源。二戰(zhàn)后，美國于 1948 年研制出了 X-13 驗(yàn)證機(jī)[1]，并在 195機(jī)的技術(shù)，而歐洲也研制出了“甲蟲”尾座式飛機(jī)。1954 年，美國叫 XFY-1 的尾座式飛行器，而 XFY-1 的動力靠一對同軸反轉(zhuǎn)的螺的螺旋槳互相抵消螺旋槳產(chǎn)生的扭矩，它綜合了直升機(jī)和固定翼飛升機(jī)和固定翼飛機(jī)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，如圖 1.1 所示。該飛行器與目前研。

（a） X-13 驗(yàn)證機(jī) （b）XFY-1 驗(yàn)證機(jī)圖 1.2 螺旋槳尾座式飛行器由于當(dāng)時技術(shù)的限制，該型試驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)只能靠飛行員手動駕駛，尾座式飛行器從垂直個水平飛行的過程中都能順利完成，但在著陸過程中，由于尾座式飛行器降落的特殊機(jī)頭必須朝向天空，而有人機(jī)的飛行員也因此面朝天空，這導(dǎo)致飛行員看不到地平面無法掌握飛行器降落的速度以及角度，這為降落過程帶來了極大的困難。隨著控制技術(shù)的發(fā)展，無人飛行器逐漸興起，尾座式飛行器無人機(jī)的控制問題也逐漸決，而且尾座式無人機(jī)不存在飛行員在降落時的操控問題，因此，尾座式無人機(jī)的研逐漸被重視起來。上個世紀(jì) 90 年代末，美國空軍實(shí)驗(yàn)室完成了尾座式無人機(jī)“SKYT實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證工作，該型無人機(jī)在起飛過程中和直升機(jī)一樣，旋翼在旋轉(zhuǎn)過程中槳葉做著和變距運(yùn)動，該型飛行器采用同軸反向旋轉(zhuǎn)的旋翼抵消扭矩，在水平飛行時靠旋翼產(chǎn)拉力，靠機(jī)翼產(chǎn)生升力。該型飛機(jī)能夠在 800 米高空懸停，可以用直升機(jī)模式起飛和以像固定翼模式在空中飛行，能夠快速完成戰(zhàn)場物質(zhì)的投送和回收任務(wù)，并可進(jìn)行戰(zhàn)偵查和作戰(zhàn)毀傷評估任務(wù)，具有極高的軍事和民用應(yīng)用價(jià)值。正是由于其靈活方便的無人機(jī)逐漸開始成為了現(xiàn)今無人機(jī)的一個重要的發(fā)展方向。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V279

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