鸭式布局高空长航时无人机系列的概念设计与气动优化

论文摘要

随着经济和国防建设的发展,高空长航时无人机的地位越来越重要。我国特殊的国情对高空长航时无人机提出了各种不同的技术要求,这就要求对无人机进行系列化设计。针对高空长航时无人机系列的气动特点,采用远距耦合鸭式布局的气动构型。本文的研究重点是鸭式布局高空长航时无人机系列的概念设计与气动优化问题。针对概念设计问题,本文在高空长航时无人机的EXCEL总体参数计算与优化程序基础上,通过联合使用优化软件iSIGHT和CAD软件CATIA,改进了原程序的优化功能,增加了三维草图自动绘制功能,从而开发出适用于无人机总体设计阶段的可视化概念设计与优化系统。高空长航时无人机系列的概念设计实例证明了基于EXCEL的无人机可视化概念设计与优化系统的优越性。针对气动优化问题,本文借鉴多学科优化技术中的多级优化方法,研究了适用于高空长航时无人机系列的二级气动优化框架。为了减小计算量,在气动优化中使用了代理模型。高空长航时无人机系列的气动优化算例表明,基于代理模型的二级气动优化方法能够同时兼顾多架飞机的气动性能,大大降低了无人机系列的总诱导阻力系数。为了进一步分析优化方案的气动性能,本文最后采用较为精确的气动数值计算软件MGAERO进行高空长航时无人机系列的气动分析。为了直观地显示结果,采用OMIN3D软件进行了相应的后处理。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概念设计与气动优化
• 1.1.1 概念设计
• 1.1.2 气动优化
• 1.2 高空长航时无人机
• 1.2.1 无人机平台的发展
• 1.2.2 高空长航时无人机简介
• 1.3 远距耦合鸭式布局
• 1.3.1 鸭式布局的含义
• 1.3.2 远距耦合鸭式布局的特点
• 1.4 产品系列化设计思想
• 1.4.1 系列化设计简介
• 1.4.2 无人机系列化设计
• 1.5 本文的主要工作
• 第二章 高空长航时无人机系列的概念设计
• 2.1 基于EXCEL 的总体参数计算与优化
• 2.1.1 总体参数计算
• 2.1.2 总体参数优化
• 2.1.3 计算与优化流程
• 2.2 对EXCEL 原程序功能的改进与扩展
• 2.2.1 改进优化功能
• 2.2.2 增加绘图功能
• 2.2.3 完整的程序流程
• 2.3 高空长航时无人机系列的概念设计
• 2.3.1 技术要求
• 2.3.2 气动构型设计
• 2.3.3 总体参数计算
• 2.3.4 总体参数优化
• 2.3.5 绘制三维草图
• 2.4 本章小结
• 第三章 高空长航时无人机系列的气动优化
• 3.1 二级气动优化方法
• 3.1.1 气动优化问题
• 3.1.2 二级气动优化框架
• 3.1.3 基于代理模型的二级气动优化
• 3.2 气动分析与优化模型
• 3.2.1 基于涡格法的气动分析程序
• 3.2.2 气动分析与优化模型的建立
• 3.3 高空长航时无人机系列的气动优化
• 3.3.1 气动分析模型的建立
• 3.3.2 气动分析程序的集成
• 3.3.3 气动优化过程与结果
• 3.4 本章小结
• 第四章 优化方案气动特性的进一步分析
• 4.1 气动数值计算软件MGAERO 简介
• 4.1.1 多重网格技术
• 4.1.2 气动分析过程
• 4.2 无人机系列气动分析模型的建立
• 4.2.1 前处理输入文件的建立
• 4.2.2 求解器输入文件的建立
• 4.3 气动数值计算结果及后处理
• 4.3.1 高空长航时无人机系列的极曲线
• 4.3.2 气动计算结果的 OMNI3D 后处理
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文