旋翼推进式无人飞艇设计与研究

摘要

随着我国工业化进程的高速进行和城镇化的快速推进，无论是工业、农业还是日常生活中，对无人机的需求量都在日益攀升。但受限于无人机载荷较小、续航时间短、稳定性差等因素,尽管无人机平台的运用可以在工业、商业和农业等领域能带来巨大便利，但更深一步的发展一直未能获得重大突破。市场上急需一款能够低空低速飞行，并在垂直起降、悬停和飞行过程中始终保证较高稳定性、在空中能连续作业数小时的新型长航时飞行器。
　　根据上述要求设计的旋翼推进式无人飞艇同时具备四旋翼和飞艇的优点，具有航时长、操纵灵活的特点。所设计的新型旋翼推进式无人飞艇是一种可低空飞行的复合式无人飞行器，其创新之处在于取消了传统旋翼飞行器的杆件连接，主要结构由气囊和直接安装在气囊周围的四个推进旋翼、上部的横列式双旋翼组成。推进旋翼可为飞艇提供各向动力和实现轨迹控制，气囊为飞行器提供大部分的升力，以大大降低横列式双旋翼的动力消耗，提高整机的承载能力，尤其能解决目前多旋翼无人飞行器因能源不足而续航时间短的难题。横列式双旋翼为飞行器提供上升时部分升力，以利于改变飞行的高度，便于实现升降控制。
　　本文在已有飞艇总体结构和布局的基础上，设计旋翼推进式无人飞艇三维模型。为了获得旋翼推进式无人飞艇的详细优化设计方案，通过研究飞艇旋翼与气囊之间的气动作用，探究无人飞艇的横列式双旋翼的间距与旋翼间气动干扰之间的关系、旋翼间距对飞艇整体的气动力的影响规律，采用流体仿真的方法利用计算流体力学数值仿真软件，对飞艇进行定常数值模拟。FLUENT软件数值模拟结果表明，飞艇上这种旋翼的布置方式的推进效率远高于拉进布置方式，旋翼与气囊间距离对推进效率也有一定影响，但旋翼自身受横列式双旋翼安装距离的影响较小，整机的气动性能受双旋翼间距的影响很大。最后，根据上述数值仿真结果综合分析了飞艇的气动性能，并优化了飞艇的结构设计，为以后的研究工作提供了一些参考。

目录

第1章 绪论

1.1研究目的及意义

1.2国内外研究现状

1.3 本文的主要工作

1.4 本章小结

第2章 旋翼推进式无人飞艇总体设计

2.1 引言

2.2 设计要求

2.3 总体方案

2.4 系统参数的确定

2.5实验样机的材料选型

2.6 本章小结

第3章 基于流体力学的气动布局选择

3.1 引言

3.2 数值计算方法

3.3计算模型建立及网格划分

3.4 分布式旋翼结构布局的选择

3.5 本章小结

第4章 旋翼推进式无人飞艇结构优化及气动分析

4.1 引言

4.2 双旋翼安装距离对旋翼及气囊气动力影响分析

4.3 旋翼连接杆挠度计算

4.4 整机平飞时计算结果分析

4.5 整机上升时计算结果分析

4.6 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 工作总结

5.2 后续展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

一、攻读硕士学位期间发表的论文

二、攻读硕士学位期间申请的专利

三、攻读硕士学位期间获奖情况

四、攻读硕士学位期间的基金项目

致谢

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