【摘要】：跨介質(zhì)飛行器是一種既可以在水中航行,也能在空中飛行的水空兩棲飛行器,既能夠?qū)崿F(xiàn)空中的快速部署和高速飛行,也兼具了水中航行的隱蔽性,具有多任務(wù)能力和高效突防打擊能力。相比無人飛行器,跨介質(zhì)飛行器有更多的技術(shù)難點,結(jié)構(gòu)布局、動力能源以及跨介質(zhì)方式等是跨介質(zhì)飛行器設(shè)計的難點所在。但是,航空設(shè)計、制造以及裝配技術(shù)的發(fā)展推進了跨介質(zhì)飛行器的設(shè)計進程,越來越多的科研機構(gòu)開始進行關(guān)鍵技術(shù)的研究。在江蘇省自然科學(xué)基金的資助下,本文課題設(shè)計了一種融合仿生魚鰭和涵道螺旋槳的跨介質(zhì)飛行器,分別使用仿生環(huán)形胸鰭和涵道螺旋槳作為水下和空中的推進器,兼具了水中航行的隱蔽性和空中飛行的機動性。本文在飛行器“總體設(shè)計—理論分析驗證—詳細設(shè)計與樣機研制”設(shè)計思路的指導(dǎo)下,進行了跨介質(zhì)飛行器的總體設(shè)計,以及對設(shè)計的跨介質(zhì)飛行器進行空中飛行的氣動特性分析和水下游動的水動力特性分析,結(jié)合原理樣機的研制與試驗,驗證設(shè)計的合理性。首先,完成了跨介質(zhì)飛行器的總體設(shè)計。通過分析研究基礎(chǔ)——仿生機器沖魚的設(shè)計特點,結(jié)合跨介質(zhì)飛行器的設(shè)計思路,決定采用仿生環(huán)形胸鰭融合涵道螺旋槳的總體設(shè)計方案。在總體技術(shù)要求下,進行飛行器總體設(shè)計。在初步選取跨介質(zhì)飛行器涵道螺旋槳系統(tǒng)以及水下胸鰭推進系統(tǒng)總體參數(shù)的基礎(chǔ)上,通過性能計算與理論分析實現(xiàn)對參數(shù)的合理性驗證與優(yōu)化。其次,分析了跨介質(zhì)飛行器空中飛行的氣動特性以及水下航行的水動力特性。流體動力學(xué)特性的好壞直接關(guān)系到跨介質(zhì)飛行器整機的操縱性能,所以對其進行流體動力學(xué)特性的研究有著十分重要的意義。其中,氣動分析主要使用動量源方法,對孤立螺旋槳、涵道螺旋槳以及整體涵道螺旋槳系統(tǒng)進行飛行性能的數(shù)值計算與研究;水動力分析主要針對仿生環(huán)形胸鰭推進下的動態(tài)特性,編寫了用于計算整體推進力的UDF程序,利用動網(wǎng)格技術(shù)實現(xiàn)胸鰭推進下的跨介質(zhì)飛行器水下游動仿真,并分析了鰭面壓力分布、波動長鰭產(chǎn)生的渦量等流場信息以及參數(shù)對游動性能的影響。通過對飛行器在兩種介質(zhì)中運動的流體動力學(xué)特性研究,來分析兩個推進器的性能并驗證設(shè)計的合理性。最后,研制了跨介質(zhì)飛行器原理樣機并完成了相關(guān)試驗。根據(jù)總體參數(shù),以及選取的主要部件結(jié)構(gòu)參數(shù)和特征,進行跨介質(zhì)飛行器詳細設(shè)計,主要包括涵道螺旋槳系統(tǒng)和仿生胸鰭波動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。對制作的原理樣機進行仿生環(huán)形胸鰭推進的水下游動試驗,分析了胸鰭推進力和運動速度等游動性能以及胸鰭波動參數(shù)對游動性能的影響;針對涵道螺旋槳進行了螺旋槳拉力測試以及空中懸停系留試驗,驗證了其實際工作性能;同時進行了水面系留試驗,為后續(xù)的研究提供參考。
【圖文】：

圖 1.1 Cormorant 仿生跨介質(zhì)飛行器rgen 公司也研發(fā)了一款從潛艇發(fā)射的跨介質(zhì)飛桅桿中彈射發(fā)出，出水面后，展開機翼，螺旋也是執(zhí)行單次任務(wù)后，需要回收才能進行下一圖 1.2 Sea Sentry 跨介質(zhì)飛行器將 AeroVironment 公司的彈簧刀無人機（Swiwitchblade）使用發(fā)射筒進行彈射起飛，彈射動的螺旋槳進行推進。Switchblade 重 6.8kg，與偵查，也可以對個人目標實施打擊。所以，，的改進設(shè)計。執(zhí)行任務(wù)時，將發(fā)射筒拋出，發(fā)

跨介質(zhì)飛行器設(shè)計及流體動力學(xué)特性分析承受 46 米深的水壓，在潛艇發(fā)射管道中時，艇釋放，使用火箭推進器加速出水，實現(xiàn)水到渦扇發(fā)動機推進。Cormorant 完成任務(wù)后，降落rmorant 項目由于技術(shù)難度以及研發(fā)成本等問題圖 1.1 Cormorant 仿生跨介質(zhì)飛行器orgen 公司也研發(fā)了一款從潛艇發(fā)射的跨介質(zhì)飛桅桿中彈射發(fā)出，出水面后，展開機翼，螺旋 也是執(zhí)行單次任務(wù)后，需要回收才能進行下一
【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】：2019
【分類號】：V22;O35

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本文編號：2701324