【摘要】：最近幾年,無人機(jī)工業(yè)逐漸興起,無人機(jī)作為一種新穎的工業(yè)產(chǎn)品出現(xiàn)在人們的視野之中。本文涉及的消防無人機(jī)是一種工業(yè)級(jí)無人機(jī),主要運(yùn)用在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的火情偵查、消防滅火、解救火場(chǎng)困危人員等領(lǐng)域。本文主要涉及的是基于熱網(wǎng)格法的直升機(jī)主變速箱的熱分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)。無人直升機(jī)采用涵道式結(jié)構(gòu),主旋翼是共軸分控的雙層主旋翼的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),尾槳是雙尾槳結(jié)構(gòu),使這兩個(gè)尾槳以不同的旋轉(zhuǎn)方向設(shè)計(jì)推動(dòng),這樣的雙尾槳不僅能夠抵消尾槳產(chǎn)生的反向力矩,還可以增加無人機(jī)的轉(zhuǎn)向靈活性。其中熱分析包括基于熱網(wǎng)格法的無人機(jī)的穩(wěn)態(tài)熱分析,在穩(wěn)態(tài)分析中引入了齒輪、軸承以及密封件的熱源模型,以及導(dǎo)熱和對(duì)流的熱阻計(jì)算模型。然后運(yùn)用熱網(wǎng)格理論,將主減速器的零部件節(jié)點(diǎn)羅列出來,建立熱網(wǎng)格平衡方程,利用Matlab對(duì)熱網(wǎng)格平衡方程進(jìn)行求解,得到了穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)的分布情況。分析了環(huán)境溫度、輸入轉(zhuǎn)速和輸入功率對(duì)穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)的影響,得到相應(yīng)參數(shù)下的穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)分布。運(yùn)用ANSYS有限元軟件對(duì)主要部件進(jìn)行了熱力耦合分析仿真,得到了部件的穩(wěn)態(tài)傳熱過程中的溫度分布圖和應(yīng)力分布云圖,通過云圖可以直觀看到零部件溫度分布情況,能夠更加直觀地分析出零件的失效危險(xiǎn)點(diǎn),得出的仿真結(jié)果與熱網(wǎng)格法計(jì)算模型相近,驗(yàn)證了模型的正確性。最后提出了針對(duì)于主減速器在穩(wěn)態(tài)工況下的優(yōu)化設(shè)計(jì),使得穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)分布更加合理。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V279
【圖文】：

第 2 章 無人機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)1 引言本文所涉及的消防無人直升機(jī)具有共軸分控的雙層主旋翼的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，尾槳用了雙尾槳結(jié)構(gòu)，使這兩個(gè)尾槳以不同的旋轉(zhuǎn)方向設(shè)計(jì)推動(dòng)，這樣的雙尾槳不能夠抵消尾槳產(chǎn)生的反向力矩，還可以增加無人機(jī)的轉(zhuǎn)向靈活性。本章簡(jiǎn)要說明消防無人機(jī)的結(jié)構(gòu)組成，給出無人機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)。根據(jù)無人機(jī)總體設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)無人機(jī)主減速器的設(shè)計(jì)參數(shù)加以說明。2 消防無人機(jī)整體設(shè)計(jì)參數(shù)

圖 2.2 消防無人機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成如圖 2.2 所示是消防無人機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成，動(dòng)力經(jīng)主減速器分成兩部分，其中大部分功率通過主傳動(dòng)軸在經(jīng)過主涵道減速器的減速傳遞到主涵道的雙層旋翼上；另一部分功率經(jīng)過同步帶減速，傳遞到兩個(gè)尾推涵道。2.3 無人機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)考慮到直升機(jī)的用途是消防救援，所以應(yīng)該盡量減輕無人機(jī)的自重，以增加其載重量和續(xù)航時(shí)間。所以，在參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，以無人機(jī)的起飛重量作為目標(biāo)函數(shù)，結(jié)合實(shí)際情況以“單純形”法[46]對(duì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。由于篇幅的限制，本論文列舉出最后終優(yōu)化的無人機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)，如表 2.1 所示。表 2.1 涵道無人機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)

圖 2.3 主減速器的結(jié)構(gòu)組成如圖 2.3 所示，主減速器主要包括主旋翼減速機(jī)構(gòu)和尾槳減速機(jī)構(gòu)。其中主旋翼減速機(jī)構(gòu)包括主減速齒輪、支撐板、發(fā)動(dòng)機(jī)輸出齒輪、聯(lián)軸器總成和主傳動(dòng)軸構(gòu)成；為槳減速機(jī)構(gòu)由第一尾減速齒輪、第二尾減速齒輪、中間變向齒輪構(gòu)成。由于篇幅限制，本文涉及的軸承以及密封件等不作詳細(xì)描述。為了減少無人機(jī)的空重，減少設(shè)計(jì)主減速器的復(fù)雜，節(jié)約有效空間，本文所涉及的主減速器將與 Thor 250 發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)成連體結(jié)構(gòu)，即從發(fā)動(dòng)機(jī)原有的輸出軸開始進(jìn)行改造。發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率為 36.5HP，轉(zhuǎn)換為功率為 27.218kW，輸出轉(zhuǎn)速 7500rpm。根據(jù)無人機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)，將主旋翼的減速比和尾槳的減速合理分配，可以得出減速器的在發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速下輸出轉(zhuǎn)速與輸出功率分配如表 2.3 所示。減速比分配如表 2.4 所示。表 2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速下減速器輸出參數(shù)

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2748838