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水空两用无人机动力系统设计与研究

作　者: 朱莎
导　师: 王云
学　校: 南昌航空大学
专　业: 航空宇航推进理论与工程
关键词: 水空两用无人机 动力系统 油电混合动力
分类号: V228
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


本课题是关于水空两用无人机动力系统的设计和研究。水空两用无人机是一种平时主要用于空中飞行，在海面等水域上空执行任务时可隐蔽到水下，在水中进行短暂的航行，而后又可以从水下上浮到水面，最后再次飞到空中的无人飞行器。这种飞行器将在未来的多栖作战中能发挥积极的作用。本文重点对水空两用无人机的核心关键技术——动力系统进行探讨研究。由于水空两用无人机的特殊性，其动力系统必须能够同时在空中和水下工作。本文结合国内外此类飞行器动力系统研究现状，提出了水空两用无人机动力系统的一种合理方案，选用油电混合动力系统作为水空两用无人机的动力系统，即采用活塞发动机与使用动力锂电池带动电动机的电推进动力装置两套系统，分别独立地为水空两用无人机提供动力。两套独立的动力系统，水空两种工作环境，活塞发动机等动力设备不能进水，这些都是本课题需要重点解决的技术难题。为此，本文首先提出了一种密封进排气系统，将活塞发动机设置于密闭机身内，在机身上开设进排气口，通过设计的密封进排气系统，实现在水上空气可以进入密闭机身，而在水下避免水的进入；接着，本文对从空中到水中和从水中到空中整个动力系统各部件的开启与闭合的转换过程进行了详细讨论，解决了两套独立动力系统的工作时序问题；随后，本文讨论了动力系统的密封防水问题，提出了可行的密封防水方案；最后，考虑到活塞发动机设置于密闭机身内，靠机身上的进排气口进行进排气，进排气口设置于机身的位置及进排气阀开启量的大小都会影响最终进入发动机的进气量，因此本文对此进行了分析讨论，同时对密封进排气装置在水下的受压情况及该动力系统的动力性能也进行了分析。通过研究分析，本文提出的动力方案可以解决低速、短距水空两用无人机的动力问题，要真正使水空两用无人机成为可能，在动力系统方面还有很多需要探讨的问题，也还有其他可行的方案，这些都值得今后继续探讨研究。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章 绪论  9-23
  1.1 课题的来源与意义  9-10
    1.1.1 课题的来源  9
    1.1.2 课题的意义  9-10
  1.2 国内外研究发展现状  10-21
    1.2.1 国外相关跨海空介质飞行器研究情况  10-15
    1.2.2 国内开展多栖行器研究的技术基础  15-16
    1.2.3 国内外海空领域航行器的动力装置发展情况  16-21
  1.3 本文的主要研究内容  21-23
第二章 水空两用无人机动力系统的设计  23-51
  2.1 设计方案的确定  23-28
    2.1.1 动力装置的选定  23-27
    2.1.2 推进装置的选定  27-28
  2.2 动力装置和辅助设备的选择  28-42
    2.2.1 活塞发动机的选择  28-35
    2.2.2 空气螺旋桨的选择  35-36
    2.2.3 油箱的选择  36-37
    2.2.4 电机的选择  37-39
    2.2.5 动力锂电池的选择  39
    2.2.6 水桨的选择  39-40
    2.2.7 舵机选择  40-41
    2.2.8 小结  41-42
  2.3 动力传动系统的设计  42-50
    2.3.1 动力传动系统总体设计  42-43
    2.3.2 水空两用无人机混合动力传动系统总体设计  43-48
    2.3.3 进排气装置的设计  48-50
  2.4 本章小结  50-51
第三章 动力系统水空转换过程的研究  51-56
  3.1 水空转换过程  51-55
    3.1.1 空中工作模式  52-53
    3.1.2 水中工作模式  53
    3.1.3 水、空交接工作模式  53-55
  3.2 水空转换过程与无人机整体的配合  55
  3.3 本章小结  55-56
第四章 动力系统防水密封性能研究  56-60
  4.1 防水性能的实现  56-57
  4.2 密封性能的实现  57-59
    4.2.1 关键部位密封方式的选择  57
    4.2.2 传动轴的密封  57-58
    4.2.3 进排气阀的密封  58-59
  4.3 本章小结  59-60
第五章 水空两用无人机动力系统的分析  60-73
  5.1 水空两用无人机进排气系统分析  60-68
    5.1.1 进排气系统进排气情况分析  60-67
    5.1.2 进排气系统承压能力分析  67-68
  5.2 水空两用无人机动力性能分析  68-71
    5.2.1 空中水空两用无人机的动力性能  68-70
    5.2.2 水中水空两用无人机的动力性能  70
    5.2.3 水面起飞时水空两用无人机的动力性能  70-71
  5.3 本章小结  71-73
第六章 结论与展望  73-76
  6.1 结论  73-74
  6.2 展望  74-76
参考文献  76-78
发表论文和参加科研情况说明  78-79
致谢  79-80

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 飞机构造与设计 > 动力装置
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