本文關(guān)鍵詞：小型油動力涵道飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計及動力學建模和優(yōu)化

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【摘要】：智慧城市的迅速發(fā)展為無人移動監(jiān)測平臺提供了巨大的發(fā)展空間，具有機動平飛和懸停能力、長航時以及良好安全性的小型油動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、氣動特性以及控制建模等方面的技術(shù)研究尚未成熟，因此在國內(nèi)尚未得到廣泛的應(yīng)用。針對上述問題，本文開展了小型油動力涵道飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計、動力學建模及結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面的研究工作。 民用小型油動力涵道飛行器對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力涵道飛行器的技術(shù)指標；涵道飛行器總體具有多樣性，尤其是姿態(tài)控制機構(gòu)具有多種不同方案，本文通過模糊評判的方法確定小型油動力涵道飛行器的控制機構(gòu)方案。然后對飛行器的各個子系統(tǒng)進行了設(shè)計：通過性能對比選定Zenoah80發(fā)動機作為飛行器動力源，然后對多種葉數(shù)不同螺旋槳搭配該發(fā)動機時的動力特性進行實驗測試，選定最合適的螺旋槳；設(shè)計涵道本體結(jié)構(gòu)并選定材料類型，對發(fā)動機安裝架進行模態(tài)分析，確定合適結(jié)構(gòu)使得發(fā)動機振動平率遠離安裝架主要模態(tài)；通過計算和ansys cfx仿真分析設(shè)計反扭矩舵和控制舵的尺寸；針對兩種常用的涵道飛行器起落架方案，利用adams軟件對兩種方案落地時的沖擊載荷和動態(tài)過程進行仿真分析，明確較為合適的起落架方案；設(shè)計完成后，給出了加工組裝后的小型油動力飛行器樣機實物圖。 小型涵道油動力飛行器是一種靜不穩(wěn)定的飛行器，在控制系統(tǒng)設(shè)計之前，必須建立比較準確的飛行器動力學模型，并對數(shù)學模型中的常值參數(shù)進行確定和識別。本文對小型油動力涵道飛行器的各個子系統(tǒng)進行了詳細的受力分析，然后運用剛體動力學分析方法建立了飛行器數(shù)學模型，通過分析模型歸納出控制系統(tǒng)設(shè)計需要辨識的常值參數(shù)，，然后利用試驗和仿真方法確定了這些參數(shù)的值。 本文在設(shè)計完小型油動力涵道飛行器并對其建模之后，通過分析建立的數(shù)學模型，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實現(xiàn)飛行器三個姿態(tài)的控制。通過ansys cfx氣動特性仿真分析，對比了原有方案與優(yōu)化方案的氣動特性，驗證了優(yōu)化方案在氣動特性上的可行性；然后建立了優(yōu)化方案的數(shù)學模型，并對模型的零動態(tài)特性進行了分析，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)計了一種最優(yōu)二次型控制器，通過matlab仿真驗證了優(yōu)化方案實際姿態(tài)控制的可行性。
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V221

【共引文獻】

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本文編號：1181980