隨著微小型無人飛行器應(yīng)用越來越普遍,電動力系統(tǒng)作為最適用的動力系統(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)航時間。其中螺旋槳、螺旋槳與電機的匹配兩方面對電動力系統(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方面來對電動力系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計。首先,本文詳細介紹了目前國內(nèi)外螺旋槳氣動分析理論,結(jié)合本課題中微小型無人飛行器所用螺旋槳的特點進行比較分析,選擇片條理論作為本文螺旋槳的氣動分析理論;在詳細介紹片條理論的計算原理后,建立螺旋槳的氣動計算模型,并對某螺旋槳進行氣動仿真計算,通過與實驗結(jié)果的比較,驗證出該氣動分析理論應(yīng)用于分析本課題螺旋槳的正確性。其次,在驗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)計的方法,選擇Betz法作為螺旋槳的優(yōu)化設(shè)計方法;將片條理論與Betz法結(jié)合,給出詳細的優(yōu)化設(shè)計方法,并描述了整個優(yōu)化設(shè)計流程以及建立螺旋槳的優(yōu)化設(shè)計模型;通過該模型對螺旋槳進行優(yōu)化設(shè)計,給出優(yōu)化設(shè)計后螺旋槳詳細的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及三維示意圖。然后,本文進一步對優(yōu)化后螺旋槳的各個工作狀態(tài)進行深入分析,分別對優(yōu)化的螺旋槳在動拉力與靜拉力的工作狀態(tài)下進行性能計算,并與實驗測試結(jié)果進行比較分析,驗證優(yōu)化方法的有效性;同時考慮到由靜拉力計算動拉力的重要性,本文通過理論分析給出螺旋槳靜拉力與動拉力之間的數(shù)學關(guān)系,并給出相應(yīng)參數(shù)的計算方法。最后,在已知螺旋槳的基礎(chǔ)上,建立電機數(shù)學模型并與螺旋槳的氣動模型聯(lián)立,通過比較分析不同電機與螺旋槳組合的性能曲線來選擇出較優(yōu)的匹配結(jié)果,從而完成電機與螺旋槳的匹配優(yōu)化設(shè)計。
【學位單位】：北京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：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 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析
        1.2.1 螺旋槳氣動分析技術(shù)的發(fā)展
        1.2.2 螺旋槳優(yōu)化設(shè)計方法的發(fā)展
        1.2.3 動力系統(tǒng)匹配優(yōu)化設(shè)計的發(fā)展
    1.3 本文內(nèi)容及安排
第2章 螺旋槳氣動理論
    2.1 氣動理論比較
    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 氣動理論分析
        2.3.1 數(shù)學模型
        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
    3.1 優(yōu)化設(shè)計方法比較
    3.2 Betz法原理
    3.3 優(yōu)化方法設(shè)計
        3.3.1 速度多邊形
        3.3.2 力多邊形
    3.4 優(yōu)化設(shè)計仿真模型
        3.4.1 優(yōu)化設(shè)計模型
        3.4.2 優(yōu)化設(shè)計流程
        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 動拉力狀態(tài)分析
        4.1.1 動拉力狀態(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)學分析
        4.2.2 結(jié)果比較與分析
        4.2.3 結(jié)論
    4.3 動拉力與靜拉力關(guān)系分析
        4.3.1 理論關(guān)系
        4.3.2 滑翔進速比計算
        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 螺旋槳與電機的匹配設(shè)計
    5.1 動力系統(tǒng)概述
    5.2 電機工作原理及數(shù)學模型
        5.2.1 電機工作原理
        5.2.2 電機數(shù)學模型
    5.3 螺旋槳與電機匹配設(shè)計方法
        5.3.1 匹配問題
        5.3.2 匹配設(shè)計方法
    5.4 匹配設(shè)計模型
        5.4.1 匹配設(shè)計數(shù)學模型
        5.4.2 匹配設(shè)計仿真結(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
致謝

【參考文獻】

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本文編號：2863664