本文關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)螺旋槳?dú)鈩?dòng)性能實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬仿真研究

  更多相關(guān)文章： 無(wú)人機(jī) 螺旋槳 建模 氣動(dòng)性能 數(shù)值模擬

【摘要】：從無(wú)人機(jī)誕生至今已有將近一百年的歷史。隨著航空事業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,無(wú)人機(jī)的優(yōu)點(diǎn)日益凸顯,它可完成載人飛機(jī)無(wú)法完成的高危任務(wù),同時(shí)還具有低成本、低損耗和高機(jī)動(dòng)性能等諸多方面的優(yōu)勢(shì)。在無(wú)人機(jī)中,螺旋槳無(wú)人機(jī)以其低油耗、低成本、經(jīng)濟(jì)型的特點(diǎn)越來(lái)越受到人們的關(guān)注。螺旋槳作為無(wú)人機(jī)動(dòng)力裝置的組成部分,其氣動(dòng)性能是影響無(wú)人機(jī)整體性能的重要因素。因此,本文通過對(duì)螺旋槳實(shí)體建模,以進(jìn)行數(shù)值模擬仿真計(jì)算獲得螺旋槳的性能參數(shù),并建立實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。本文首先利用逆向工程分析方法對(duì)螺旋槳進(jìn)行三維建模:使用ATOS光學(xué)測(cè)量?jī)x器對(duì)螺旋槳模型進(jìn)行掃描測(cè)量,使用Imageware模塊進(jìn)行點(diǎn)云處理,導(dǎo)入U(xiǎn)G實(shí)現(xiàn)從點(diǎn)云到曲線到曲面的過程,從而得到螺旋槳的三維模型。本文使用Icem軟件對(duì)螺旋槳及其周圍空氣域進(jìn)行網(wǎng)格劃分,采用了對(duì)螺旋槳旋轉(zhuǎn)區(qū)域使用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格,對(duì)螺旋槳周圍空氣流域使用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格相結(jié)合的方法,在保證精度的同時(shí)提高了模擬計(jì)算的收斂速度。對(duì)于螺旋槳的旋轉(zhuǎn),本文采用的是多參考坐標(biāo)系模型(MRF)進(jìn)行數(shù)值模擬。網(wǎng)格生成后,使用STARCCM+軟件對(duì)螺旋槳模型進(jìn)行流場(chǎng)分析計(jì)算,利用迭代方法對(duì)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)物理量進(jìn)行求解,直至殘值收斂,從而獲得螺旋槳的氣動(dòng)性能參數(shù)值。研究結(jié)果表明:在螺旋槳轉(zhuǎn)速一定時(shí),螺旋槳的拉力(推力)隨著迎風(fēng)風(fēng)速的提高而降低;在螺旋槳的迎風(fēng)風(fēng)速一定時(shí),螺旋槳的拉力(推力)隨著螺旋槳轉(zhuǎn)速的增加而增加。為驗(yàn)證數(shù)值模擬的準(zhǔn)確與否,搭建了推進(jìn)器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)裝置。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以測(cè)量螺旋槳的轉(zhuǎn)速、拉力、扭矩、功率以及無(wú)人機(jī)機(jī)身風(fēng)阻。將實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果與螺旋槳數(shù)值模擬結(jié)果相比較,結(jié)果表明,利用螺旋槳的數(shù)值建模計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果基本吻合,用實(shí)驗(yàn)的方法驗(yàn)證了數(shù)值模擬模型的正確性。總體來(lái)看,模擬計(jì)算得出的拉力稍微大于實(shí)驗(yàn)測(cè)得的結(jié)果,其原因是實(shí)驗(yàn)裝置中螺旋槳與發(fā)動(dòng)機(jī)組成的動(dòng)力裝置在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上滑動(dòng)時(shí)存在摩擦阻力。本文通過使用建立的數(shù)值模擬方法,分析螺旋槳表面邊界層的壓力場(chǎng),流場(chǎng)以及溫度場(chǎng)分布,研究了螺旋槳性能變化。此外,本文對(duì)不同海拔高度的螺旋槳性能進(jìn)行了預(yù)測(cè),得出隨著海拔高度的增加,螺旋槳推力顯著降低的結(jié)論。
【關(guān)鍵詞】：無(wú)人機(jī) 螺旋槳 建模 氣動(dòng)性能 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V279
【目錄】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-12
• 字母注釋表12-13
• 第一章 緒論13-24
• 1.1 研究背景13-18
• 1.2 航空用螺旋槳研究方法及現(xiàn)狀18-22
• 1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容22-24
• 第二章 無(wú)人機(jī)螺旋槳建模及數(shù)值計(jì)算理論基礎(chǔ)24-38
• 2.1 無(wú)人機(jī)螺旋槳CAD建模24-34
• 2.2 螺旋槳數(shù)值計(jì)算模型34-36
• 2.3 數(shù)值計(jì)算方法36-37
• 2.4 本章小結(jié)37-38
• 第三章 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)搭建及實(shí)驗(yàn)原理38-47
• 3.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的搭建目的38
• 3.2 推進(jìn)器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的搭建38-46
• 3.3 本章小結(jié)46-47
• 第四章 螺旋槳仿真計(jì)算及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證47-67
• 4.1 網(wǎng)格理論47-50
• 4.2 計(jì)算公式50-51
• 4.3 實(shí)驗(yàn)與計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析51-57
• 4.4 葉素理論計(jì)算方法57-58
• 4.5 螺旋槳三維流場(chǎng)分析58-60
• 4.6 螺旋槳壓力場(chǎng)分布規(guī)律60-61
• 4.7 螺旋槳溫度場(chǎng)分布規(guī)律61-62
• 4.8 不同螺旋槳轉(zhuǎn)速對(duì)推力的影響62-63
• 4.9 飛行高度對(duì)螺旋槳推力影響分析63-65
• 4.10 本章小結(jié)65-67
• 第五章 全文總結(jié)與展望67-69
• 5.1 全文總結(jié)67-68
• 5.2 工作展望68-69
• 參考文獻(xiàn)69-72
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明72-73
• 致謝73-74

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4 毛s，

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