無人機螺旋槳氣動性能實驗與數(shù)值模擬仿真研究.pdf

1、從無人機誕生至今已有將近一百年的歷史。隨著航空事業(yè)和科學技術(shù)的發(fā)展，無人機的優(yōu)點日益凸顯，它可完成載人飛機無法完成的高危任務(wù)，同時還具有低成本、低損耗和高機動性能等諸多方面的優(yōu)勢。在無人機中，螺旋槳無人機以其低油耗、低成本、經(jīng)濟型的特點越來越受到人們的關(guān)注。螺旋槳作為無人機動力裝置的組成部分，其氣動性能是影響無人機整體性能的重要因素。因此，本文通過對螺旋槳實體建模，以進行數(shù)值模擬仿真計算獲得螺旋槳的性能參數(shù)，并建立實驗裝置對模擬結(jié)果進行

2、驗證。
　　本文首先利用逆向工程分析方法對螺旋槳進行三維建模：使用ATOS光學測量儀器對螺旋槳模型進行掃描測量，使用 Imageware模塊進行點云處理，導(dǎo)入UG實現(xiàn)從點云到曲線到曲面的過程，從而得到螺旋槳的三維模型。
　　本文使用Icem軟件對螺旋槳及其周圍空氣域進行網(wǎng)格劃分，采用了對螺旋槳旋轉(zhuǎn)區(qū)域使用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，對螺旋槳周圍空氣流域使用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格相結(jié)合的方法，在保證精度的同時提高了模擬計算的收斂速度。對于螺旋槳的旋轉(zhuǎn)，

3、本文采用的是多參考坐標系模型（MRF）進行數(shù)值模擬。網(wǎng)格生成后，使用STARCCM+軟件對螺旋槳模型進行流場分析計算，利用迭代方法對網(wǎng)格節(jié)點物理量進行求解，直至殘值收斂，從而獲得螺旋槳的氣動性能參數(shù)值。研究結(jié)果表明：在螺旋槳轉(zhuǎn)速一定時，螺旋槳的拉力（推力）隨著迎風風速的提高而降低；在螺旋槳的迎風風速一定時，螺旋槳的拉力（推力）隨著螺旋槳轉(zhuǎn)速的增加而增加。
　　為驗證數(shù)值模擬的準確與否，搭建了推進器實驗系統(tǒng)裝置。該實驗系統(tǒng)可以測量螺

4、旋槳的轉(zhuǎn)速、拉力、扭矩、功率以及無人機機身風阻。將實驗測量結(jié)果與螺旋槳數(shù)值模擬結(jié)果相比較，結(jié)果表明，利用螺旋槳的數(shù)值建模計算結(jié)果與實驗測量結(jié)果基本吻合，用實驗的方法驗證了數(shù)值模擬模型的正確性?？傮w來看，模擬計算得出的拉力稍微大于實驗測得的結(jié)果，其原因是實驗裝置中螺旋槳與發(fā)動機組成的動力裝置在實驗臺上滑動時存在摩擦阻力。
　　本文通過使用建立的數(shù)值模擬方法，分析螺旋槳表面邊界層的壓力場，流場以及溫度場分布，研究了螺旋槳性能變化。此外