小型油動(dòng)力涵道飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及動(dòng)力學(xué)建模和優(yōu)化
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【摘要】:智慧城市的迅速發(fā)展為無(wú)人移動(dòng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)提供了巨大的發(fā)展空間,具有機(jī)動(dòng)平飛和懸停能力、長(zhǎng)航時(shí)以及良好安全性的小型油動(dòng)力涵道飛行器是該領(lǐng)域的最優(yōu)選擇之一。但由于小型油動(dòng)力涵道飛行器本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜,而且在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、氣動(dòng)特性以及控制建模等方面的技術(shù)研究尚未成熟,因此在國(guó)內(nèi)尚未得到廣泛的應(yīng)用。針對(duì)上述問(wèn)題,本文開(kāi)展了小型油動(dòng)力涵道飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、動(dòng)力學(xué)建模及結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面的研究工作。 民用小型油動(dòng)力涵道飛行器對(duì)飛行器性能的要求與軍用不同,結(jié)合智慧城市應(yīng)用背景并且參考軍用涵道飛行器的性能,本文設(shè)定了所研究的小型油動(dòng)力涵道飛行器的技術(shù)指標(biāo);涵道飛行器總體具有多樣性,尤其是姿態(tài)控制機(jī)構(gòu)具有多種不同方案,本文通過(guò)模糊評(píng)判的方法確定小型油動(dòng)力涵道飛行器的控制機(jī)構(gòu)方案。然后對(duì)飛行器的各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì):通過(guò)性能對(duì)比選定Zenoah80發(fā)動(dòng)機(jī)作為飛行器動(dòng)力源,然后對(duì)多種葉數(shù)不同螺旋槳搭配該發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)的動(dòng)力特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試,選定最合適的螺旋槳;設(shè)計(jì)涵道本體結(jié)構(gòu)并選定材料類型,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)安裝架進(jìn)行模態(tài)分析,確定合適結(jié)構(gòu)使得發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)平率遠(yuǎn)離安裝架主要模態(tài);通過(guò)計(jì)算和ansys cfx仿真分析設(shè)計(jì)反扭矩舵和控制舵的尺寸;針對(duì)兩種常用的涵道飛行器起落架方案,利用adams軟件對(duì)兩種方案落地時(shí)的沖擊載荷和動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行仿真分析,明確較為合適的起落架方案;設(shè)計(jì)完成后,給出了加工組裝后的小型油動(dòng)力飛行器樣機(jī)實(shí)物圖。 小型涵道油動(dòng)力飛行器是一種靜不穩(wěn)定的飛行器,在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前,必須建立比較準(zhǔn)確的飛行器動(dòng)力學(xué)模型,并對(duì)數(shù)學(xué)模型中的常值參數(shù)進(jìn)行確定和識(shí)別。本文對(duì)小型油動(dòng)力涵道飛行器的各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的受力分析,然后運(yùn)用剛體動(dòng)力學(xué)分析方法建立了飛行器數(shù)學(xué)模型,通過(guò)分析模型歸納出控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要辨識(shí)的常值參數(shù),,然后利用試驗(yàn)和仿真方法確定了這些參數(shù)的值。 本文在設(shè)計(jì)完小型油動(dòng)力涵道飛行器并對(duì)其建模之后,通過(guò)分析建立的數(shù)學(xué)模型,提出了一種飛行器結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案:利用單層控制舵差動(dòng)實(shí)現(xiàn)飛行器三個(gè)姿態(tài)的控制。通過(guò)ansys cfx氣動(dòng)特性仿真分析,對(duì)比了原有方案與優(yōu)化方案的氣動(dòng)特性,驗(yàn)證了優(yōu)化方案在氣動(dòng)特性上的可行性;然后建立了優(yōu)化方案的數(shù)學(xué)模型,并對(duì)模型的零動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了分析,證明該狀態(tài)下飛行器的穩(wěn)定性;最后為優(yōu)化方案設(shè)計(jì)了一種最優(yōu)二次型控制器,通過(guò)matlab仿真驗(yàn)證了優(yōu)化方案實(shí)際姿態(tài)控制的可行性。
【學(xué)位授予單位】:北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2015
【分類號(hào)】:V221
【共引文獻(xiàn)】
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本文編號(hào):1181980
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