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四桨动力布局在十字形升力体上的一体化设计与气动特性研究

作　者: 吴俊琦
导　师: 张堃元
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 航空宇航推进理论与工程
关键词: 垂直起降飞机 四旋翼直升机 动力布局 一体化设计 微小型 试飞试验
分类号: V231.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


本文从介绍分析了各种垂直起降飞行器方案及优缺点开始,结合了四旋翼直升机的动力布局特点,提出了一种既能垂直起降又能快速平飞的新概念方案,即四桨动力布局与十字形升力体的结合。然后对该方案的微小型验证机进行了一体化设计与研制,并采用动量源方法对螺旋桨与机体的组合流场进行数值模拟,得到了相关的气动特性参数。最后完成了试飞试验,验证了本方案的可行性与性能特点。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-14
第一章 绪论  14-26
  1.1 引言  14
  1.2 各种推力换向类垂直起降飞行器方案介绍  14-18
  1.3 四旋翼直升机的飞行原理和发展情况  18-24
    1.3.1 四旋翼飞行器的飞行原理  18-19
    1.3.2 Breguet-Richet 四旋翼直升机  19-20
    1.3.3 De Bothezat 四旋翼直升机  20-21
    1.3.4 Convertawings 四旋翼直升机  21
    1.3.5 瑞士洛桑联邦科技学院的0S4  21-22
    1.3.6 佐治亚理工大学的GTMARS  22
    1.3.7 美国斯坦福大学的Mesicopter  22-23
    1.3.8 国内研究机构的微小型四桨翼飞行器  23-24
  1.4 新方案的提出  24
  1.5 本文研究目的和主要内容  24-26
第二章 四桨动力布局在十字形升力体上的一体化设计  26-49
  2.1 验证机任务剖面  26
  2.2 有效载荷及起飞质量的确定  26-28
    2.2.1 起飞质量的估算方法  26-27
    2.2.2 有效载荷的设定  27
    2.2.3 起飞质量的确定  27-28
  2.3 动力装置的选择与参数确定  28-32
    2.3.1 动力装置类型的选择  28-29
    2.3.2 微型无刷直流电动机工作原理及自身特性简介  29
    2.3.3 微型无刷直流电动机调速控制系统原理简介  29
    2.3.4 动力装置传动方式的确定  29-30
    2.3.5 微型无刷直流电动机的选用  30-32
  2.4 螺旋桨的选用  32-33
  2.5 气动布局设计  33-34
  2.6 升力体翼展长度和弦长的确定  34-35
  2.7 升力体翼型的选择  35-40
  2.8 航电设备  40-43
    2.8.1 飞行控制系统的选择  40-42
    2.8.2 数据链接  42-43
    2.8.3 GPS 天线  43
  2.9 结构设计与制造  43-48
    2.9.1 结构设计  44-45
    2.9.2 零件加工与整机装配  45-48
  2.10 小结  48-49
第三章 螺旋桨的气动特性研究  49-68
  3.1 引言  49
  3.2 螺旋桨模型的数学处理  49-50
  3.3 动量源项的计算流程  50-52
  3.4 螺旋桨的几何外形  52-54
  3.5 螺旋桨翼型空气动力特性分析  54-57
  3.6 孤立螺旋桨等效盘的数值模拟  57-63
    3.6.1 Spalart-Allmaras 湍流模型  57-58
    3.6.2 网格划分  58
    3.6.3 求解流程  58-59
    3.6.4 轴流状态下的数值模拟结果  59-61
    3.6.5 斜流状态下的数值模拟结果  61-63
  3.7 螺旋桨的拉力试验  63-67
    3.7.1 试验装置  63-64
    3.7.2 螺旋桨试验仪器原理简介和测量方法  64-66
    3.7.3 试验结果与分析  66-67
  3.8 小结  67-68
第四章 四桨动力布局在十字形升力体上的气动特性研究  68-89
  4.1 计算模型建立和网格划分  68-69
    4.1.1 几何模型  68
    4.1.2 网格的绘制  68-69
  4.2 悬停状态螺旋桨和机体的组合流场分析研究  69-74
    4.2.1 组合流场的压强和速度分析研究  69-72
    4.2.2 机翼剖面处流场速度的分析研究  72-74
  4.3 从悬停转平飞过程的流场计算  74-88
    4.3.1 不同攻角下验证机的飞行速度和所需拉重比  74-77
    4.3.2 设计巡航状态及验证机重心位置的确定  77-78
    4.3.3 俯仰力矩的配平  78-82
    4.3.4 流场计算结果分析  82-88
  4.4 小结  88-89
第五章 飞行试验  89-93
第六章 结论与展望  93-95
  6.1 结论  93
  6.2 展望  93-95
参考文献  95-98
致谢  98-99
在学期间的研究成果及发表的学术论文  99

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 航空发动机（推进系统） > 发动机原理 > 航空发动机气体力学
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