可悬停双旋翼微型飞行器设计与制造

论文摘要

本文针对一种可悬停双旋翼微型飞行器进行了总体设计、计算流体力学数值计算,飞行动力学建模与配平计算和加工制造和飞行试验进行了研究。结合飞机总体设计的方法,提出了一种新的针对微型飞行器的总体设计重量估算方法。根据设计指标,进行了可悬停双旋翼微型飞行器总体设计,在CATIA中建立了三维模型。使用南京航空航天大学微型飞行器研究中心自行开发的3D2MUFS求解器,对设计好的微型飞行器进行了低雷诺数空气动力学计算与研究。根据常规螺旋桨气动计算方法,结合低雷诺数下微型螺旋桨翼型气动特性分析,利用修正后的动量法和叶素法组合方法对可悬停双旋翼微型飞行器旋翼的气动特性进行研究,并把此方法用于微型旋翼的建模。针对可悬停双旋翼微型飞行器,建立了低雷诺数飞行条件下考虑螺旋桨滑流影响的飞行动力学模型。在MATLAB/ Simulink仿真环境中构建了可悬停双旋翼微型飞行器的仿真模型,并运用建立的仿真模型对可悬停双旋翼微型飞行器进行了配平计算和稳定性分析。最后,完成了全机的结构设计,零件设计,并加工了样机,做了飞行试验。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 微型飞行器研究现状
• 1.2.1 固定翼微型飞行器
• 1.2.2 旋翼微型飞行器
• 1.3 本文研究目的和主要内容
• 第二章 可悬停双旋翼微型飞行器总体设计
• 2.1 设计指标
• 2.2 飞行器总体设计
• 2.2.1 总体布局设计
• 2.2.2 重量估算和机翼平面参数计算
• 2.2.3 垂直尾翼构型和尺寸选择和升降副翼的尺寸选择
• 2.2.4 机翼翼型选择
• 2.3 动力装置参数选择
• 2.3.1 微型无刷直流电动机工作原理及自身特性简介
• 2.3.2 微型无刷直流电动机参数确定
• 第三章 可悬停双旋翼微型飞行器气动特性数值分析
• 3.1 计算方法和程序简介
• 3.2 计算模型建立和网格划分
• 3.2.1 几何模型
• 3.2.2 网格划分
• 3.2.3 计算结果分析
• 3.3 小结
• 第四章 可悬停双旋翼微型飞行器飞行动力学建模与分析
• 4.1 微型螺旋桨的空气动力理论及建模
• 4.1.1 常用的螺旋桨空气动力理论
• 4.1.2 低雷诺数翼型空气动力特性分析
• 4.1.3 微型螺旋桨（无来流状态下）空气动力理论近似计算
• 4.2 可悬停双旋翼微型飞行器飞行动力学建模
• 4.2.1 机体运动方程
• 4.2.2 可悬停双旋翼微型飞行器空气动力学模型
• 4.3 小结
• 第五章 可悬停双旋翼微型飞行器控制与稳定性分析
• 5.1 引言
• 5.2 可悬停双旋翼微型飞行器定常飞行配平计算方法
• 5.3 可悬停双旋翼微型飞行器仿真模型的建立
• 5.4 可悬停双旋翼微型飞行器样机配平计算
• 5.5 本章小结
• 第六章 可悬停双旋翼微型飞行器的结构设计与制造
• 6.1 引言
• 6.2 结构设计
• 6.3 机翼结构强度分析
• 6.4 零件加工与整机装配
• 6.5 飞行试验
• 第七章 总结
• 7.1 本文完成的主要工作
• 7.2 后续工作及展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文