新型微型旋翼飞行器气动布局设计与气动特性分析

论文摘要

因微型飞行器具有特殊的飞行性能和潜在的应用前景,正越来越受到各国军方和民用部门及科研人员的重视。目前已经研制了多种不同功能、不同构型和不同气动布局的微型飞行器,如:固定翼式,旋翼式和扑翼式等。固定翼和扑翼式能够实现快速前飞,旋翼式能够垂直起降和悬停。但是既能实现垂直起降和悬停,又能快速前飞的飞行器不多。本文综合固定翼和旋翼飞行器的优点,应用涵道风扇的结构型式设计了一种新型气动布局的微型旋翼飞行器,它能实现垂直起降、悬停和快速前飞。本文首先分析了适合低雷诺数的微型旋翼,应用动量叶素理论对其进行了气动特性分析;为便于整个飞行器的性能分析及CFD计算,文中对飞机模型,特别是旋翼模型作了适当简化,把旋翼的作用当作动量源进行处理,引入了自定义函数,嵌入到CFD的计算程序中;在对计算域进行网格划分及边界条件设定后,应用CFD方法分别计算了机身尾部涵道封闭、机身尾部涵道打开和机身尾部涵道打开并有尾翼等三种不同气动结构的气动特性。通过计算分析发现,所设计的飞行器在悬停和各前飞速度下,飞行器的重力与飞行器所提供的拉力,前飞的阻力与飞行器所提供的推力,以及风扇的扭矩与反扭矩之间基本配平,能够实现垂直起降,悬停和快速的前飞。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 国内外微型飞行器的发展现状
• 1.2.1 固定翼型
• 1.2.2 旋翼型
• 1.2.3 扑翼机型
• 1.3 微型飞行器气动特性分析的研究现状
• 1.4 本文的研究内容
• 第二章 新型微型旋翼飞行器的设计
• 概述
• 2.1 升力系统设计
• 2.1.1 翼型的选择
• 2.1.2 风扇桨叶的设计
• 2.2 机身设计
• 2.3 推进系统设计
• 2.4 操纵部分的设计
• 2.5 起落架设计
• 2.6 飞行器总体布局的设计
• 2.7 飞行器的进一步改进
• 2.8 本章小结
• 第三章 新型微型旋翼飞行器的气动特性分析
• 引言
• 3.1 升力系统气动特性分析
• 3.1.1 翼型的气动特性分析
• 3.1.2 风扇气动特性的计算
• 3.2 推力系统的气动特性分析
• 3.3 风扇反扭矩的平衡
• 3.4 机身气动特性分析
• 3.5 飞行器整体的气动特性分析
• 3.5.1 风扇的简化模型
• 3.5.2 应用 CFD 方法对风扇气动特性的分析
• 3.5.3 飞行器整体模型的简化
• 3.5.4 飞行器整体的计算域和边界条件的确定及网格的划分
• 3.5.5 计算内容
• 3.6 本章小结
• 第四章 结语
• 4.1 本文的主要工作
• 4.2 后续工作的设想
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间研究成果