本文關(guān)鍵詞：一種新構(gòu)型傾轉(zhuǎn)四旋翼無人機的氣動特性分析

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【摘要】：傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器具有垂直起降和高速前飛的優(yōu)點,但是國內(nèi)外的傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器采用傾轉(zhuǎn)機翼兩端的兩個旋翼的方法來實現(xiàn)由懸停模式到固定翼模式的轉(zhuǎn)換,在轉(zhuǎn)換飛行模式時,整個飛行器極度不穩(wěn)定,其控制技術(shù)難度高,并且具有極高的風(fēng)險性。本文結(jié)合四旋翼飛行器在垂直起降、小速度前飛狀態(tài)下優(yōu)良的穩(wěn)定性能和固定翼飛機的高速前飛性能,設(shè)計了一種新構(gòu)型傾轉(zhuǎn)四旋翼無人機,采用基于計算流體力學(xué)的數(shù)值計算方法計算和分析了該無人機氣動特性和干擾規(guī)律。本文首先設(shè)計了一種新構(gòu)型傾轉(zhuǎn)四旋翼無人機,該飛行器在機身前后和機翼翼尖各安裝一副螺旋槳,并采用分步傾轉(zhuǎn)的策略,實現(xiàn)了飛行模式的穩(wěn)定過渡,有效的減小了傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器的技術(shù)難度,并建立了新構(gòu)型傾轉(zhuǎn)四旋翼無人機的三維幾何模型。其次針對該飛行器的氣動布局特點,建立了一套基于CFD的新構(gòu)型傾轉(zhuǎn)四旋翼無人機氣動特性的數(shù)值計算方法,其中螺旋槳的計算采用多參考坐標(biāo)系的方法,通過對孤立螺旋槳在懸停狀態(tài)下拉力和功率的試驗值和數(shù)值計算值的對比分析,驗證了該數(shù)值計算方法的有效性。然后采用已建立的數(shù)值計算方法,對該無人機在垂直飛行、高速前飛和傾轉(zhuǎn)過渡模式下螺旋槳對機身、機翼和尾翼的氣動干擾進行了詳細的計算與分析。最后得到了不同模式下螺旋槳對機身、機翼和尾翼氣動干擾的一般規(guī)律,為該傾轉(zhuǎn)四旋翼無人機的設(shè)計和應(yīng)用奠定了一定的理論基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：傾轉(zhuǎn)四旋翼 CFD 逆向建模 試驗 氣動干擾
【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】：2016
【分類號】：V275.1;V279
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 注釋表11-12
• 第一章 緒論12-19
• 1.1 研究背景12-15
• 1.2 國內(nèi)外研究概況15-18
• 1.3 本文研究目的及主要內(nèi)容18-19
• 第二章 新構(gòu)型傾轉(zhuǎn)四旋翼無人機的設(shè)計19-29
• 2.1 新構(gòu)型設(shè)計19
• 2.2 布局設(shè)計19-22
• 2.2.1 四旋翼和固定翼布局設(shè)計19-21
• 2.2.2 傾轉(zhuǎn)方案設(shè)計21-22
• 2.3 機體模型的建立22-24
• 2.4 螺旋槳幾何模型的建立24-28
• 2.5 本章小結(jié)28-29
• 第三章 氣動特性分析的方法29-41
• 3.1 數(shù)學(xué)模型29-30
• 3.1.1 湍流模型29
• 3.1.2 邊界條件和初始條件29-30
• 3.2 多參考坐標(biāo)系（MRF）30-32
• 3.3 計算域的選取和結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的生成32-36
• 3.3.1 計算域的選取33
• 3.3.2 網(wǎng)格劃分33-35
• 3.3.3 網(wǎng)格生成的步驟及流程圖35-36
• 3.4 算例驗證36-40
• 3.4.1 孤立螺旋槳氣動特性實驗研究36-38
• 3.4.2 孤立螺旋槳氣動特性數(shù)值模擬38-40
• 3.5 本章小結(jié)40-41
• 第四章 垂直飛行時的氣動特性分析41-47
• 4.1 引言41
• 4.2 幾何模型建立與網(wǎng)格生成41-43
• 4.2.1 幾何模型和流場域的選取41-42
• 4.2.2 網(wǎng)格生成42-43
• 4.3 氣動干擾分析43-46
• 4.4 本章小結(jié)46-47
• 第五章 前飛時的氣動特性分析47-55
• 5.1 引言47
• 5.2 幾何模型與網(wǎng)格生成47-48
• 5.3 氣動干擾分析48-54
• 5.3.1 左右螺旋槳氣動干擾分析48-51
• 5.3.2 前后螺旋槳干擾分析51-54
• 5.4 本章小結(jié)54-55
• 第六章 傾轉(zhuǎn)過渡的氣動特性分析55-78
• 6.1 引言55
• 6.2 幾何建模與網(wǎng)格生成55-57
• 6.3 氣動干擾分析57-77
• 6.3.1 前螺旋槳氣動干擾分析57-68
• 6.3.2 左右螺旋槳氣動干擾分析68-77
• 6.4 本章小結(jié)77-78
• 第七章 總結(jié)與展望78-80
• 7.1 本文主要工作和結(jié)論78
• 7.2 未來工作展望78-80
• 參考文獻80-83
• 致謝83-84
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文84

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本文編號：971966