潜水飞机总体设计与气动外形结构设计分析

摘要

潜水飞机是早在二次世界大战中就被提出来的一个概念，早期苏联和美国都对这项技术有过初步的研究但最终因为技术过于超前而中断了研究。近年来随着材料、动力、控制技术的发展和应用需求的推动，又开始成为美国等一些国家的研究热点。研制现代潜水飞机需要解决以下几个问题：第一个是潜水和飞行对重量要求的矛盾。第二个关键问题是水空两种介质下机身外形的设计。第三个关键问题是结构强度要求不同的矛盾。第四个关键问题是在水空两种介质下航行机翼的问题。本文主要针对几大关键技术展开对潜水飞机的方案论证研究，重点研究机身变体技术和多模式水空两用下空气动力和水动力特性。提出并论证了几种无人机总体方案，主要包括从低速到高速状态下的布局方案，通过分析本文选择了一种低速的布局方案。在机翼变形上本文提出了一种向后收放的空心机翼的机构。在研究机身外形上通过对多种不同形式的机身进行气动计算以及水动力计算的方法最后结合潜艇外形设计方法确定了一种潜水时阻力较小的机身方案。本文对潜水飞机的主要气动性能和水下航行的水动力性能以及水面起飞状态都进行了数值计算和分析，并且在研究过程中，进行了相关原理验证试验，通过试验分析，初步论证了潜水飞机研究发展的可行性，也发现了机翼变形机构还存在转轴处对结构强度要求高，变形所需驱动力矩偏大的问题。为此本文在展望中提出了对机翼变形要求相对较低高速飞行的布局方案和待进一步研究解决高速飞行下水面起飞问题的建议。

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第1章 绪论

1.1无人机概述

1.2 潜水无人机简介

1.3 潜水无人机研究的关键问题

1.4 本文的主要工作

第2章 潜水无人机总体设计

2.1 设计思路及总体技术指标

2.2 潜水飞机方案设计

第3章 潜水无人机机翼变形机构设计

3.1 机翼变形要求分析

3.2 变形机构原理分析与功能实现

第4章 潜水无人机气动特性与水动力特性分析

4.1 计算空气动力学基础

4.2 气动特性数值计算

4.3 气动计算结果分析

4.4 潜水无人机水动力特性计算

4.5 潜水无人机水面起飞数值模拟

第5章 潜水无人机水下耐压结构强度分析

5.1 潜水器耐压结构设计

5.2 潜水无人机水下耐压结构分析

5.3 潜水无人机水下耐压结构计算结果分析

第6章 潜水无人机模型验证结果与分析

6.1全电驱动水下无人飞行器试验验证

6.2油电混合驱动潜水无人机试验验证

第7章 研究结论与展望

7.1研究结论

7.2 研究展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

主要符号表

致谢

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