新型雙涵道四旋翼無人飛行器設(shè)計(jì)分析.pdf

1、伴隨著我國(guó)航空產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，四旋翼航拍無人機(jī)在消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)上的需求日益旺盛。四旋翼飛行器在作為空中平臺(tái)的使用中通常需要搭載高精度的設(shè)備，故對(duì)其穩(wěn)定性要求十分嚴(yán)格。但四旋翼飛行器受限于自身飛行特性，機(jī)體始終處于不穩(wěn)定的變化狀態(tài)，需要通過三軸云臺(tái)來保持設(shè)備的穩(wěn)定。但實(shí)際飛行時(shí)往往會(huì)超出云臺(tái)的適用范圍。因此，市場(chǎng)上迫切地需求一種飛行時(shí)機(jī)體更加穩(wěn)定的空中平臺(tái)，并要求保留四旋翼飛行器可垂直起降、空中懸停和機(jī)動(dòng)靈活的優(yōu)點(diǎn)。
　　根據(jù)上述要求，

2、本文提出了一種在機(jī)體始終保持水平穩(wěn)定狀態(tài)下，可實(shí)現(xiàn)垂直起降、懸停、偏航和快速巡航的無人飛行器。該飛行器在常規(guī)四旋翼無人飛行器的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)加入了一套帶有推進(jìn)及轉(zhuǎn)向控制的涵道動(dòng)力系統(tǒng)。旋翼動(dòng)力只負(fù)責(zé)提供垂直方向的升力，并保持機(jī)體穩(wěn)定；涵道動(dòng)力則通過差速控制方法提供水平方向上的動(dòng)力，使該飛行器從起飛到降落的整個(gè)飛行過程中機(jī)體都不會(huì)產(chǎn)生傾轉(zhuǎn)，同時(shí)有效減小飛行阻力，提升航速。該飛行器在推進(jìn)方式上的改變，巧妙地解決了現(xiàn)有四旋翼飛行器因自身姿態(tài)變化而

3、對(duì)機(jī)載設(shè)備產(chǎn)生的干擾。
　　本文在確立了該飛行器總體設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，選擇初步設(shè)計(jì)方案，并對(duì)其飛行原理進(jìn)行詳細(xì)闡述。通過計(jì)算總體參數(shù)，結(jié)合設(shè)計(jì)要求完成該方案飛行器的總體設(shè)計(jì)，并對(duì)主要結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使用CATIA軟件繪制出整機(jī)三維模型。在上述工作基礎(chǔ)上，制作完成該方案飛行器的原理驗(yàn)證樣機(jī)。
　　由于該飛行器動(dòng)力系統(tǒng)由旋翼和涵道復(fù)合而成，為研究涵道動(dòng)力對(duì)旋翼的氣動(dòng)影響，有必要對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的氣動(dòng)特性進(jìn)行 CFD分析。本文

4、將該機(jī)整體模型簡(jiǎn)化為旋翼與涵道空間位置的計(jì)算模型，經(jīng)過劃分網(wǎng)格，將其導(dǎo)入 ANSYS Fluent軟件中進(jìn)行數(shù)值仿真。以涵道的不同安裝位置作為變量，得出旋翼升力數(shù)據(jù)和所需圖形。經(jīng)過分析研究，確定出涵道與旋翼復(fù)合時(shí)的最佳安裝位置。接著對(duì)涵道動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過對(duì)比普通涵道與收斂涵道在涵道扇葉轉(zhuǎn)速相同情況下產(chǎn)生拉力的結(jié)果，得出收斂涵道將產(chǎn)生更大拉力的結(jié)論。完成理論分析后，對(duì)該方案驗(yàn)證樣機(jī)進(jìn)行外場(chǎng)試飛測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，在飛行過程中，樣