微型飞行器垂直阵风响应特性风洞实验研究

摘要

微型飞行器由于小而轻便，成本较低，且配备其他组件，如图形传输设备、信号干扰或中转设备以及战斗部等，因此具有广泛的用途。与常规无人机相比其又有不同特点，如超低空环境、稳定性差等，其中阵风尤其是垂直阵风对微型飞行器的平稳飞行影响很大。论文首先根据实验需要，针对阵风试验气动力特点设计完成了一套基于虚拟仪器的阵风试验数据采集系统。该系统由多功能USB数据采集卡构成的硬件系统和由LabVIEW编写的软件构成，在很好的满足本次试验的基础上，其良好的便携性和处理结果的即时显示适合于现场作业和野外工作。然后，设计制作了一系列柔性翼微型飞行器，在南京航空航天大学非定常风洞内通过定常来流和只改变风速的水平阵风试验，进行模型气动性能的比较与分析，最终确定了借鉴鸟类翅膀后缘变形的柔性翼微型飞行器。最后，通过制作刚性翼与其对比，在国内首次进行了微型飞行器垂直阵风实验。研究结果表明：在定常来流，柔性变形能有效地延迟失速、减小失速迎角。在抗水平阵风方面，柔性变形与来流速度变化的耦合运动，对抗阵风能力起到了重要作用；且微型飞行器柔性较好的后缘会产生适当变形，对水平阵风下的气动性能的提高有着明显作用。垂直阵风环境下柔性微型飞行器阻力的变化较刚性翼缓和；升力曲线不仅较为稳定，而且数值较刚性翼大，说明柔性翼具有更大失速攻角和优良的高攻角气动性能；俯仰力矩优势更为明显，数值更小，且在零值上下波动，说明其纵向稳定性较刚性翼微型飞行器更好。

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图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 研究背景

1.3 研究内容

第二章 实验设备和方法

2.1 实验设备

2.2 实验模型

2.3 数据处理方法

第三章 便携式多功能数据采集虚拟仪器

3.1 硬件选用

3.2 虚拟仪器

3.3 基于虚拟仪器的阵风试验数据采集系统设计

第四章 优化柔性翼的选取与定常、水平阵风试验

4.1 定常来流测力试验

4.2 定常来流PIV测量分析

4.3 水平阵风试验

第五章 微型飞行器垂直阵风响应特性的试验研究

5.1 定常来流试验研究

5.2 垂直阵风试验

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

在学期间的所获奖项发表的学术论文