隨著微小型無人飛行器應(yīng)用越來越普遍,電動(dòng)力系統(tǒng)作為最適用的動(dòng)力系統(tǒng)之一,其續(xù)航問題越來越受到人們的關(guān)注。在無法減小飛行器質(zhì)量以及電池密度無法提高的前提下,只能通過提高系統(tǒng)的效率來提高續(xù)航時(shí)間。其中螺旋槳、螺旋槳與電機(jī)的匹配兩方面對(duì)電動(dòng)力系統(tǒng)效率的影響占主要因素,故本文通過提高螺旋槳效率和提高匹配效率兩個(gè)方面來對(duì)電動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先,本文詳細(xì)介紹了目前國(guó)內(nèi)外螺旋槳?dú)鈩?dòng)分析理論,結(jié)合本課題中微小型無人飛行器所用螺旋槳的特點(diǎn)進(jìn)行比較分析,選擇片條理論作為本文螺旋槳的氣動(dòng)分析理論;在詳細(xì)介紹片條理論的計(jì)算原理后,建立螺旋槳的氣動(dòng)計(jì)算模型,并對(duì)某螺旋槳進(jìn)行氣動(dòng)仿真計(jì)算,通過與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較,驗(yàn)證出該氣動(dòng)分析理論應(yīng)用于分析本課題螺旋槳的正確性。其次,在驗(yàn)證片條理論合適的基礎(chǔ)上,通過比較目前螺旋槳優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法,選擇Betz法作為螺旋槳的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法;將片條理論與Betz法結(jié)合,給出詳細(xì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,并描述了整個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)流程以及建立螺旋槳的優(yōu)化設(shè)計(jì)模型;通過該模型對(duì)螺旋槳進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),給出優(yōu)化設(shè)計(jì)后螺旋槳詳細(xì)的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及三維示意圖。然后,本文進(jìn)一步對(duì)優(yōu)化后螺旋槳的各個(gè)工作狀態(tài)進(jìn)行深入分析,分別對(duì)優(yōu)化的螺旋槳在動(dòng)拉力與靜拉力的工作狀態(tài)下進(jìn)行性能計(jì)算,并與實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較分析,驗(yàn)證優(yōu)化方法的有效性;同時(shí)考慮到由靜拉力計(jì)算動(dòng)拉力的重要性,本文通過理論分析給出螺旋槳靜拉力與動(dòng)拉力之間的數(shù)學(xué)關(guān)系,并給出相應(yīng)參數(shù)的計(jì)算方法。最后,在已知螺旋槳的基礎(chǔ)上,建立電機(jī)數(shù)學(xué)模型并與螺旋槳的氣動(dòng)模型聯(lián)立,通過比較分析不同電機(jī)與螺旋槳組合的性能曲線來選擇出較優(yōu)的匹配結(jié)果,從而完成電機(jī)與螺旋槳的匹配優(yōu)化設(shè)計(jì)。
【學(xué)位單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：V237;V279
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題研究背景及意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析
        1.2.1 螺旋槳?dú)鈩?dòng)分析技術(shù)的發(fā)展
        1.2.2 螺旋槳優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的發(fā)展
        1.2.3 動(dòng)力系統(tǒng)匹配優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展
    1.3 本文內(nèi)容及安排
第2章 螺旋槳?dú)鈩?dòng)理論
    2.1 氣動(dòng)理論比較
    2.2 片條理論原理
        2.2.1 速度多邊形
        2.2.2 力多邊形
    2.3 氣動(dòng)理論分析
        2.3.1 數(shù)學(xué)模型
        2.3.2 結(jié)果與分析
        2.3.3 結(jié)論
    2.4 本章小結(jié)
第3章 螺旋槳優(yōu)化設(shè)計(jì)
    3.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)方法比較
    3.2 Betz法原理
    3.3 優(yōu)化方法設(shè)計(jì)
        3.3.1 速度多邊形
        3.3.2 力多邊形
    3.4 優(yōu)化設(shè)計(jì)仿真模型
        3.4.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)模型
        3.4.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)流程
        3.4.3 結(jié)果及分析
        3.4.4 結(jié)論
    3.5 本章小結(jié)
第4章 螺旋槳優(yōu)化性能分析
    4.1 動(dòng)拉力狀態(tài)分析
        4.1.1 動(dòng)拉力狀態(tài)分析模型
        4.1.2 結(jié)果與分析
        4.1.3 結(jié)論
    4.2 靜拉力狀態(tài)分析
        4.2.1 靜拉力狀態(tài)數(shù)學(xué)分析
        4.2.2 結(jié)果比較與分析
        4.2.3 結(jié)論
    4.3 動(dòng)拉力與靜拉力關(guān)系分析
        4.3.1 理論關(guān)系
        4.3.2 滑翔進(jìn)速比計(jì)算
        4.3.3 仿真模型建立
        4.3.4 結(jié)果比較與分析
        4.3.5 結(jié)論
    4.4 本章小結(jié)
第5章 螺旋槳與電機(jī)的匹配設(shè)計(jì)
    5.1 動(dòng)力系統(tǒng)概述
    5.2 電機(jī)工作原理及數(shù)學(xué)模型
        5.2.1 電機(jī)工作原理
        5.2.2 電機(jī)數(shù)學(xué)模型
    5.3 螺旋槳與電機(jī)匹配設(shè)計(jì)方法
        5.3.1 匹配問題
        5.3.2 匹配設(shè)計(jì)方法
    5.4 匹配設(shè)計(jì)模型
        5.4.1 匹配設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型
        5.4.2 匹配設(shè)計(jì)仿真結(jié)果
        5.4.3 結(jié)論
    5.5 本章小結(jié)
總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)
致謝

【參考文獻(xiàn)】

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