火星無人機旋翼氣動特性分析及實驗研究.pdf

1、 國內(nèi)圖書分類號：V476.3 學(xué)校代碼：10213 國際圖書分類號：621 密 級：公開 工學(xué)碩士學(xué)位論文 碩士學(xué)位論文 火星無人機旋翼氣動特性分析及實驗研究 碩 士 研 究 生 ： 王丹 導(dǎo) 師 ： 鄧宗全 教授 申 請 學(xué) 位 ： 工學(xué)碩士 學(xué) 科 ： 機械設(shè)計及理論 所 在 單

2、 位 ： 機電工程學(xué)院 答 辯 日 期 ： 2017 年 7 月 授 予 學(xué) 位 單 位 ： 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 I 摘 要 由于火星與以往探測的行星有很大不同，它的表面有一層薄薄的大氣層，可以將無人機應(yīng)用于火星探測任務(wù)中。無人機具有觀測范圍廣、移動速度快的優(yōu)點，相較于以往的探測形式（著陸器、軌道衛(wèi)星） ，將體現(xiàn)出極大的優(yōu)勢。旋翼是火星無人機的重要組成部件，其氣動特性對整個無人機的性能起

3、決定性的作用。由于火星環(huán)境的特殊性，火星無人機的旋翼將工作在低雷諾數(shù)條件下。雷諾數(shù)是判斷流體流動狀態(tài)的重要參數(shù)，它的改變將對氣動特性產(chǎn)生巨大的影響。本文采用理論與實驗相結(jié)合的方式，對火星環(huán)境下的無人機旋翼氣動特性進行研究。 基于計算流體力學(xué)知識，對二維翼型周圍流場進行分析。比較火星大氣環(huán)境與地球大氣環(huán)境的差異，計算出無人機工作的雷諾數(shù)范圍，分析火星空氣繞翼型的流動情況。分析不同雷諾數(shù)對翼型升阻特性的影響，比較不同雷諾數(shù)時翼型周圍流場的速

4、度分布情況，觀察邊界層的變化規(guī)律。分析翼型的厚度、弧度、弧度的位置、前緣半徑對升阻特性的影響，分析仿真結(jié)果，選出適合在火星低雷諾數(shù)條件下使用的最佳翼型。 基于葉素動量理論，對整個旋翼的受力情況進行建模分析?？紤]到火星大氣條件的低雷諾數(shù)影響，使用引入渦流理論的葉素動量理論對整個旋翼的受力情況進行理論建模。將之前數(shù)值計算得到的二維翼型的升阻系數(shù)和旋翼的各項參數(shù)代入葉素動量理論模型，迭代求出干涉角，從而確定誘導(dǎo)速度，計算出局部升力和阻力，最后

5、積分得到整個旋翼的推力、轉(zhuǎn)矩。 搭建火星旋翼氣動特性測試平臺，進行旋翼氣動特性實驗。利用真空罐構(gòu)建火星大氣環(huán)境，設(shè)計并搭建基于 xPC Target 構(gòu)架的火星無人機旋翼氣動特性測試系統(tǒng)。開展火星旋翼氣動特性實驗，并與理論分析的結(jié)果進行對比，分析驗證理論模型的正確性。改變槳葉的半徑、安裝角度、展弦比進行多組實驗，總結(jié)不同參數(shù)對旋翼氣動特性的影響規(guī)律，為火星無人機旋翼的性能優(yōu)化提供理論依據(jù)和參考。 關(guān)鍵詞：火星無人機；葉素動量理論模型；火