隨著農(nóng)業(yè)低空遙感技術(shù)的快速發(fā)展,目前在我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,無人機(jī)作為農(nóng)情信息監(jiān)測以及相關(guān)數(shù)據(jù)采集的工具,發(fā)揮著越來越重要的作用,而電動飛翼無人機(jī)由于其結(jié)構(gòu)布局簡單、飛行效率高的優(yōu)點(diǎn),也越來越多的被引入到農(nóng)業(yè)低空遙感領(lǐng)域,為現(xiàn)代化農(nóng)情信息的采集提供更為穩(wěn)定、精準(zhǔn)的載體平臺。本文主要通過CFD數(shù)值模擬和飛行試驗驗證相接合的方法,研究了后掠角和展弦比變化對農(nóng)用電動飛翼無人機(jī)氣動特性的影響,從而得到飛翼無人機(jī)的最佳總體參數(shù)組合,并以此來提高農(nóng)用電動飛翼無人機(jī)的巡航作業(yè)時間。本文的主要研究內(nèi)容以及結(jié)論如下:(1)論文選取航測作業(yè)人員使用比較廣泛的飛翼布局無人機(jī)作為研究對象,根據(jù)所研究農(nóng)用電動飛翼無人機(jī)的飛行作業(yè)要求,確定出該農(nóng)用電動飛翼無人機(jī)在正常巡航作業(yè)下展弦比以及后掠角的參數(shù)范圍,針對這兩個氣動參數(shù),設(shè)計出了25組飛翼布局無人機(jī),并根據(jù)已知的翼型坐標(biāo)數(shù)據(jù)利用Catia軟件建立了翼型的二維模型,另外利用參數(shù)化建模的方法建立了25組不同布局飛翼無人機(jī)的三維模型。(2)通過對標(biāo)準(zhǔn)翼型N60氣動特性的數(shù)值仿真計算驗證了合理的網(wǎng)格劃分、適當(dāng)湍流模型的選取以及相關(guān)計算條件的設(shè)置,可以使Fluent仿真的外流場很好的模擬無人機(jī)的實(shí)際流場,計算得出的升組特性也有很好的準(zhǔn)確度。另外還通過空氣動力學(xué)相似性原理得出了計算本文所研究無人機(jī)氣動特性時需要的仿真參數(shù)狀態(tài)設(shè)置。(3)對農(nóng)用電動飛翼無人機(jī)翼型的氣動特性進(jìn)行了數(shù)值模擬分析,得出當(dāng)飛行速度為12m/s、巡航高度為100m時,翼型升阻比最大所對應(yīng)的迎角為8°。由于翼型最大升阻比所對應(yīng)的迎角指示飛機(jī)的最佳巡航迎角,因此得出本文所研究飛翼無人機(jī)在同樣飛行作業(yè)狀態(tài)下的最佳巡航迎角為8°。(4)利用Fluent軟件計算分析了25組不同氣動參數(shù)組合飛翼無人機(jī)在巡航狀態(tài)下的升阻特性,通過比較發(fā)現(xiàn):在本文研究的范圍內(nèi),展弦比一定的情況下,隨著后掠角的增加,無人機(jī)的升阻比先增加后減小,并且后掠角為30°時的無人機(jī),其升阻比達(dá)到最大值;當(dāng)后掠角一定的情況下,本文研究的飛翼無人機(jī),其升阻比隨著無人機(jī)展弦比的增大而增加。(5)結(jié)合電動無人機(jī)航時的影響因素,最終得出:對于本文所設(shè)計的25組不同氣動參數(shù)組合的無人機(jī)而言,當(dāng)動力系統(tǒng)效率以及無人機(jī)重量一定的前提下,后掠角為30°、展弦比為3.0時的農(nóng)用電動飛翼無人機(jī),其正常巡航作業(yè)的續(xù)航時間以及飛行效率要優(yōu)于其他氣動參數(shù)組合。(6)根據(jù)農(nóng)用電動飛翼無人機(jī)的巡航作業(yè)參數(shù)重新對無人機(jī)的動力系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)進(jìn)行選型以及樣機(jī)制作,并在動力系統(tǒng)效率以及無人機(jī)重量一定的前提下對兩個試驗樣機(jī)(原始布局以及優(yōu)化布局無人機(jī))進(jìn)行了飛行試驗。試驗結(jié)果表明:后掠角為30°、展弦比為3.0時的農(nóng)用電動飛翼無人機(jī),其正常巡航作業(yè)的續(xù)航時間以及飛行效率要優(yōu)于原始布局無人機(jī),說明通過數(shù)值模擬計算的方法得到飛翼無人機(jī)最佳總體參數(shù)組合,以此來提高農(nóng)用電動飛翼無人機(jī)巡航作業(yè)時間方案的可行性。
【學(xué)位單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：S25
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景
        1.1.1 無人機(jī)低空遙感的應(yīng)用
        1.1.2 低空遙感無人機(jī)平臺
    1.2 研究目的和意義
    1.3 國內(nèi)外研究進(jìn)展
        1.3.1 飛翼布局無人機(jī)研究現(xiàn)狀
        1.3.2 低速飛翼布局無人機(jī)氣動特性研究現(xiàn)狀
    1.4 研究內(nèi)容及方法
        1.4.1 研究內(nèi)容
        1.4.2 研究方法
第二章 無人機(jī)氣動參數(shù)設(shè)計及幾何建模
    2.1 研究機(jī)型的選取
    2.2 無人機(jī)優(yōu)化狀態(tài)的確定
    2.3 無人機(jī)的基本優(yōu)化思路
    2.4 無人機(jī)的氣動參數(shù)設(shè)計
        2.4.1 機(jī)翼面積的確定
        2.4.2 機(jī)翼展弦比范圍的確定
        2.4.3 機(jī)翼后掠角范圍的確定
    2.5 無人機(jī)的翼型建模與三維實(shí)體參數(shù)化建模
        2.5.1 翼型數(shù)據(jù)獲取
        2.5.2 無人機(jī)翼型的二維建模
        2.5.3 無人機(jī)的三維參數(shù)化建模
    2.6 本章小結(jié)
第三章 無人機(jī)的外流場數(shù)值模擬方法驗證及翼型氣動分析
    3.1 計算空氣動力學(xué)方法
        3.1.1 流動控制方程
        3.1.2 湍流模型
        3.1.3 壁面邊界層高度
    3.2 無人機(jī)外流場數(shù)值模擬方法的驗證
        3.2.1 無人機(jī)外流場數(shù)值模擬方法驗證的原理及目的
        3.2.2 無人機(jī)外流場數(shù)值模擬方法驗證的標(biāo)模選取
        3.2.3 標(biāo)模翼型N60幾何模型的建立
        3.2.4 標(biāo)模翼型N60計算網(wǎng)格的生成
        3.2.5 標(biāo)模翼型N60的氣動特性分析
        3.2.6 標(biāo)模翼型N60數(shù)值模擬結(jié)果與風(fēng)洞試驗結(jié)果的對比分析
    3.3 無人機(jī)翼型的氣動特性計算與結(jié)果分析
        3.3.1 計算模型和網(wǎng)格劃分
        3.3.2 無人機(jī)翼型氣動特性的數(shù)值計算
        3.3.3 無人機(jī)翼型的氣動特性分析
    3.4 本章小結(jié)
第四章 無人機(jī)的氣動性能計算與布局參數(shù)分析
    4.1 原始布局無人機(jī)氣動特性的數(shù)值模擬計算
        4.1.1 原始布局無人機(jī)計算網(wǎng)格的生成
        4.1.2 原始布局無人機(jī)的飛行狀態(tài)分析與氣動特性計算
        4.1.3 原始布局無人機(jī)的氣動特性分析
    4.2 后掠角和展弦比對無人機(jī)氣動特性的影響研究
        4.2.1 后掠角對無人機(jī)氣動特性的影響
        4.2.2 展弦比對無人機(jī)氣動特性的影響
    4.3 后掠角和展弦比對無人機(jī)續(xù)航性能的影響研究
        4.3.1 后掠角對無人機(jī)續(xù)航性能的影響
        4.3.2 展弦比對無人機(jī)續(xù)航性能的影響
        4.3.3 不同氣動參數(shù)組合無人機(jī)的續(xù)航性能分析
    4.4 本章小結(jié)
第五章 不同氣動參數(shù)組合無人機(jī)的飛行試驗研究
    5.1 飛行試驗的目的
    5.2 試驗樣機(jī)的硬件選型與組裝調(diào)試
        5.2.1 動力系統(tǒng)的選型
        5.2.2 控制系統(tǒng)的選型
        5.2.3 試驗樣機(jī)的組裝與調(diào)試
    5.3 飛行試驗方法和內(nèi)容
        5.3.1 飛行試驗的方案設(shè)計
        5.3.2 飛行試驗條件
        5.3.3 飛行試驗
    5.4 飛行試驗結(jié)果分析
        5.4.1 飛行試驗的數(shù)據(jù)獲取與記錄
        5.4.2 相同時間下不同試驗無人機(jī)的電池耗電情況對比
        5.4.3 相同電池電量下不同試驗無人機(jī)的飛行時間對比
    5.5 本章小結(jié)
第六章 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 創(chuàng)新點(diǎn)
    6.3 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
作者簡介

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