本文關(guān)鍵詞：無人機螺旋槳氣動性能實驗與數(shù)值模擬仿真研究

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【摘要】：從無人機誕生至今已有將近一百年的歷史。隨著航空事業(yè)和科學技術(shù)的發(fā)展,無人機的優(yōu)點日益凸顯,它可完成載人飛機無法完成的高危任務(wù),同時還具有低成本、低損耗和高機動性能等諸多方面的優(yōu)勢。在無人機中,螺旋槳無人機以其低油耗、低成本、經(jīng)濟型的特點越來越受到人們的關(guān)注。螺旋槳作為無人機動力裝置的組成部分,其氣動性能是影響無人機整體性能的重要因素。因此,本文通過對螺旋槳實體建模,以進行數(shù)值模擬仿真計算獲得螺旋槳的性能參數(shù),并建立實驗裝置對模擬結(jié)果進行驗證。本文首先利用逆向工程分析方法對螺旋槳進行三維建模:使用ATOS光學測量儀器對螺旋槳模型進行掃描測量,使用Imageware模塊進行點云處理,導入UG實現(xiàn)從點云到曲線到曲面的過程,從而得到螺旋槳的三維模型。本文使用Icem軟件對螺旋槳及其周圍空氣域進行網(wǎng)格劃分,采用了對螺旋槳旋轉(zhuǎn)區(qū)域使用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格,對螺旋槳周圍空氣流域使用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格相結(jié)合的方法,在保證精度的同時提高了模擬計算的收斂速度。對于螺旋槳的旋轉(zhuǎn),本文采用的是多參考坐標系模型(MRF)進行數(shù)值模擬。網(wǎng)格生成后,使用STARCCM+軟件對螺旋槳模型進行流場分析計算,利用迭代方法對網(wǎng)格節(jié)點物理量進行求解,直至殘值收斂,從而獲得螺旋槳的氣動性能參數(shù)值。研究結(jié)果表明:在螺旋槳轉(zhuǎn)速一定時,螺旋槳的拉力(推力)隨著迎風風速的提高而降低;在螺旋槳的迎風風速一定時,螺旋槳的拉力(推力)隨著螺旋槳轉(zhuǎn)速的增加而增加。為驗證數(shù)值模擬的準確與否,搭建了推進器實驗系統(tǒng)裝置。該實驗系統(tǒng)可以測量螺旋槳的轉(zhuǎn)速、拉力、扭矩、功率以及無人機機身風阻。將實驗測量結(jié)果與螺旋槳數(shù)值模擬結(jié)果相比較,結(jié)果表明,利用螺旋槳的數(shù)值建模計算結(jié)果與實驗測量結(jié)果基本吻合,用實驗的方法驗證了數(shù)值模擬模型的正確性。總體來看,模擬計算得出的拉力稍微大于實驗測得的結(jié)果,其原因是實驗裝置中螺旋槳與發(fā)動機組成的動力裝置在實驗臺上滑動時存在摩擦阻力。本文通過使用建立的數(shù)值模擬方法,分析螺旋槳表面邊界層的壓力場,流場以及溫度場分布,研究了螺旋槳性能變化。此外,本文對不同海拔高度的螺旋槳性能進行了預測,得出隨著海拔高度的增加,螺旋槳推力顯著降低的結(jié)論。
【關(guān)鍵詞】：無人機 螺旋槳 建模 氣動性能 數(shù)值模擬
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V279
【目錄】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-12
• 字母注釋表12-13
• 第一章 緒論13-24
• 1.1 研究背景13-18
• 1.2 航空用螺旋槳研究方法及現(xiàn)狀18-22
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容22-24
• 第二章 無人機螺旋槳建模及數(shù)值計算理論基礎(chǔ)24-38
• 2.1 無人機螺旋槳CAD建模24-34
• 2.2 螺旋槳數(shù)值計算模型34-36
• 2.3 數(shù)值計算方法36-37
• 2.4 本章小結(jié)37-38
• 第三章 實驗系統(tǒng)搭建及實驗原理38-47
• 3.1 實驗系統(tǒng)的搭建目的38
• 3.2 推進器實驗系統(tǒng)的搭建38-46
• 3.3 本章小結(jié)46-47
• 第四章 螺旋槳仿真計算及實驗驗證47-67
• 4.1 網(wǎng)格理論47-50
• 4.2 計算公式50-51
• 4.3 實驗與計算結(jié)果對比分析51-57
• 4.4 葉素理論計算方法57-58
• 4.5 螺旋槳三維流場分析58-60
• 4.6 螺旋槳壓力場分布規(guī)律60-61
• 4.7 螺旋槳溫度場分布規(guī)律61-62
• 4.8 不同螺旋槳轉(zhuǎn)速對推力的影響62-63
• 4.9 飛行高度對螺旋槳推力影響分析63-65
• 4.10 本章小結(jié)65-67
• 第五章 全文總結(jié)與展望67-69
• 5.1 全文總結(jié)67-68
• 5.2 工作展望68-69
• 參考文獻69-72
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明72-73
• 致謝73-74

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4 毛s，

本文編號：610868