微型扑翼飞行器尾翼的分析与设计方法研究

摘要

经过十几年的发展，微型扑翼飞行器的研究已经取得了较多的成果，下一步将向实用化方向发展，对它的研究也将从分析研究的思路逐步转变为设计综合的思路。飞行控制技术是微型扑翼飞行器发展的关键技术，是实现实用化的基础。在现阶段，尾翼是微型扑翼飞行器飞行控制不可缺少的重要部件，微型扑翼飞行器完全依赖尾翼保证其稳定性和操纵性。本文对微型扑翼飞行器尾翼的特性、对稳定性和操纵性的影响以及尾翼的设计理论与方法进行了研究。 论文首先通过风洞试验，研究了微型扑翼飞行器基本的气动特性，得到了气动力和力矩随飞行迎角、来流速度和扑动频率的变化规律，为对尾翼的作用和气动特性进行研究建立了良好的基础；利用气动估算软件对试验模型进行计算，计算和试验的结果吻合较好；在分析试验数据的基础上，研究了微型扑翼飞行器飞行运动中特有的沉浮和俯仰动态特性，并对其量值进行了估算，得到了对它的基本认识；分析了尾翼对全机气动特性以及对飞行动态特性的影响。 通过理论分析，研究了微型扑翼飞行器稳定性和操纵性的特点，讨论了尾翼对于微型扑翼飞行器稳定性和操纵性的重要作用。通过风洞试验，研究了尾翼的基本气动特性，机翼尾流对尾翼的影响，尾翼和机翼平面相对位置的影响，以及不同型式尾翼气动特性的差别，提出了在尾翼设计过程中应该注意的问题。 在研究了微型扑翼飞行器及其尾翼的特点的基础上，本文总结了微型扑翼飞行器尾翼设计的方法和基本过程。分别讨论了尾翼型式的选择、尾翼的布置以及尾翼的几何参数的选取等不同的设计阶段所面临的问题。提出了尾翼设计时应该满足的各项要求，研究了可以通过哪些设计手段或者制作方法来满足这些要求，并且讨论了各种因素相对重要性程度，为设计权衡提供了指导。

目录

文摘

英文文摘

西北工业大学业学位论文知识产权声明书及西北工业大学学位论文原创性声明

第一章绪论

§1.1引言

§1.2微型飞行器的研究历史与现状

§1.3微型扑翼飞行器研究现状

1.3.1微型扑翼飞行器历史和现状

1.3.2微型扑翼飞行器的关键技术

§1.4微型扑翼飞行器飞行控制技术研究现状

§1.5本文的主要研究内容

第二章微型扑翼飞行器气动特性及飞行运动规律分析

§2.1微型扑翼飞行器气动机理概述

§2.2微型扑翼飞行器气动特性试验研究

2.2.1试验设备和试验模型

2.2.2试验结果分析

2.2.3微型扑翼飞行器气动特性试验小结

§2.3微型扑翼飞行器气动力计算

§2.4微型扑翼飞行器飞行运动规律

2.4.1沉浮运动特性

2.4.2俯仰运动特性

2.4.3扑翼飞行动态特性的影响分析

§2.5尾翼的作用分析

§2.6小结

第三章微型扑翼飞行器稳定性操纵性和尾翼特性研究

§3.1微型扑翼飞行器纵向稳定性操纵性研究

3.1.1微型扑翼飞行器纵向力矩特性

3.1.2纵向静稳定性

3.1.3纵向静操纵性

§3.2微型扑翼飞行器横航向稳定性操纵性研究

§3.3微型扑翼飞行器尾翼特性研究

3.3.1小尺度尾翼的基本气动特性

3.3.2机翼尾流对尾翼的影响

3.3.3不同型式尾翼的气动特性

§3.4微型扑翼飞行器尾翼的作用与特性总结

第四章微型扑翼飞行器尾翼的设计方法

§4.1微型扑翼飞行器尾翼的主要功能

§4.2微型扑翼飞行器尾翼设计

4.2.1尾翼设计的过程

4.2.2尾翼的型式选择

4.2.3尾翼的布置

4.2.4尾翼的几何参数

§4.3微型扑翼飞行器尾翼的设计要求

4.3.1稳定性操纵性要求

4.3.2对全机性能的影响

4.3.3重量和结构强度要求

4.3.4工艺性要求

§4.4小结

第五章结论与总结

§5.1工作总结

§5.2未来展望

参考文献

附录A微型扑翼飞行器转动惯量的测量

附录B攻读硕士学位期间发表论文和参加科研情况说明

致谢