發(fā)布時間：2020-03-26 15:15

【摘要】：尾座式無人機是一種既可以像直升機垂直起降又能夠以固定翼無人機模式飛行的飛行器,有良好的環(huán)境適應性和飛行效率,具有很大的應用價值,所以對尾座式無人機的分析和研究具有重要的理論和現(xiàn)實意義。本文首先對尾座式無人機的特點及國內外研究現(xiàn)狀進行了介紹,隨后對自行設計的尾座式無人進行了氣動分析與研究,主要的研究工作包括以下幾個方面:第二章,構建本次運算所需的控制方程并對其離散。本文CFD數(shù)值模擬采用了比較適合旋轉機械運動的S-A模型和以分離、非耦合方式求解控制方程的SIMPLE算法,并引入了并行運算技術。并介紹幾種不同的網格生成方法,針對尾座式無人機物理模型和流場的特點,利用多參考系模型和動量源方法對螺旋槳進行數(shù)值模擬,構建了一整套適合兩種不同計算方法的網格生成方式。第三章,對葉素理論進行分析和介紹,引入算例,對模型進行混合網格劃分,通過構建基于葉素理論的動量源方法對算例進行數(shù)值計算,將計算值與實驗值進行對比,驗證了該方法的有效性。第四章,對基于多參考系模型方法進行了簡單介紹,引入直升機旋翼算例,并對其進行非結構網格劃分,應用多參考系模型方法對其進行數(shù)值模擬,將計算值與實驗結果進行對比,驗證了該方法的有效性。第五章,針對自行設計尾座式無人機,利用多參考系模型和動量源兩種方法對尾座式無人機從起飛到巡航飛行狀態(tài)進行數(shù)值模擬,得出其氣動參數(shù),并利用兩種不同方法模擬尾座式無人機在地面效應下的影響。
【圖文】：

背景紀以來，航空工程師們就在不斷探索、尋求一種既可以像直升機一飛機一樣完成空中飛行的飛行器。尾座式飛行器便是其中一種，這方便與固定翼飛機高效、高速的優(yōu)點，是一種介于直升機和固定翼在起降時，尾座式無人機機頭朝上機尾朝下，以直升機模式飛行；向前完成 90 度傾轉，飛行器機頭朝前機尾朝后，以固定翼飛機的模體傾轉角度較小時，螺旋槳的拉力提供大部分升力和阻力，當傾轉大部分的升力和阻力的部件。后期，德國嘗試研發(fā)了一種垂直起飛的 Ba349 截擊機，，這種新概念起源。二戰(zhàn)后，美國于 1948 年研制出了 X-13 驗證機[1]，并在 195機的技術，而歐洲也研制出了“甲蟲”尾座式飛機。1954 年，美國叫 XFY-1 的尾座式飛行器，而 XFY-1 的動力靠一對同軸反轉的螺的螺旋槳互相抵消螺旋槳產生的扭矩，它綜合了直升機和固定翼飛升機和固定翼飛機狀態(tài)的轉換，如圖 1.1 所示。該飛行器與目前研。

（a） X-13 驗證機 （b）XFY-1 驗證機圖 1.2 螺旋槳尾座式飛行器由于當時技術的限制，該型試驗驗證機只能靠飛行員手動駕駛，尾座式飛行器從垂直個水平飛行的過程中都能順利完成，但在著陸過程中，由于尾座式飛行器降落的特殊機頭必須朝向天空，而有人機的飛行員也因此面朝天空，這導致飛行員看不到地平面無法掌握飛行器降落的速度以及角度，這為降落過程帶來了極大的困難。隨著控制技術的發(fā)展，無人飛行器逐漸興起，尾座式飛行器無人機的控制問題也逐漸決，而且尾座式無人機不存在飛行員在降落時的操控問題，因此，尾座式無人機的研逐漸被重視起來。上個世紀 90 年代末，美國空軍實驗室完成了尾座式無人機“SKYT實驗驗證工作，該型無人機在起飛過程中和直升機一樣，旋翼在旋轉過程中槳葉做著和變距運動，該型飛行器采用同軸反向旋轉的旋翼抵消扭矩，在水平飛行時靠旋翼產拉力，靠機翼產生升力。該型飛機能夠在 800 米高空懸停，可以用直升機模式起飛和以像固定翼模式在空中飛行，能夠快速完成戰(zhàn)場物質的投送和回收任務，并可進行戰(zhàn)偵查和作戰(zhàn)毀傷評估任務，具有極高的軍事和民用應用價值。正是由于其靈活方便的無人機逐漸開始成為了現(xiàn)今無人機的一個重要的發(fā)展方向。
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V279

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本文編號：2601613