多旋翼无人机空中原位测风技术研究

论文摘要

在各类气象要素中,风是当前大气探测中非常重要的气象要素。本文主要围绕空中风探测方法及空中原位测风平台与各类测风传感器进行研究分析,提出通过多旋翼无人机平台搭载测风传感器进行测风的方法的优势及发展前景,并通过数值分析软件及试验对该方法测风时无人机的自身扰流场进行系统分析,以期望对提高该方法的实际探测精度提供技术参考。论文的主要工作主要包括以下几个方面:(1)研究分析了现有空中风的探测方法,着重对空中原位测风方法进行研究,对比分析了各类原位测风传感器的优缺点,指出了多旋翼无人机平台搭载测风传感器进行空中风探测的优势及其发展前景。(2)针对多旋翼无人机平台搭载测风传感器进行空中风探测时,尚无平台自身扰流场与测风传感器精度要求的相关匹配应用原则问题,提出采用计算流体动力学分析(Computational Fluid Dynamics,CFD)软件对多旋翼无人机在空中悬停飞行状态下的气流场开展仿真试验。(3)通过工程制图软件对不同类型的无人机进行建模,为CFD仿真提供物理模型基础;通过CFD仿真,对比分析多旋翼无人机周围的流场特点与旋翼转速、旋翼间距比、旋翼尺寸、旋翼结构及旋翼数量5个参数的关系;基于多旋翼无人机的旋翼拉力、功率、力效等参数与载重量等指标的相关性经验规律,在测风传感器不受扰动气流影响的条件下,通过仿真与实际对比试验,得出了该方法实施空中定点测风时多旋翼无人机平台的设计原则及测风传感器的安装部署原则,对推进多旋翼无人机搭载测风传感器实施空中定点原位测风的应用具有指导意义。

论文目录

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 轨迹法测风

1.2.2 遥感测风

1.2.3 气象无人机非原位测风技术

1.2.4 空中原位测风技术

1.3 问题的提出与研究思路

1.3.1 问题的提出

1.3.2 研究的思路

1.4 章节安排

第二章空中原位测风技术研究

2.1 测风传感器原理与性能分析

2.1.1 测风传感器

2.1.2 各类传感器的性能比较

2.2 空中风探测平台及探测方法

2.2.1 浮空器平台测风

2.2.2 测风塔平台测风

2.2.3 气象无人机原位测风技术

2.3 本章小结

第三章计算流体动力学分析（CFD）方法

3.1 引言

3.2 计算流体动力学分析方法简介

3.3 CFD的求解过程

3.4 流体动力学控制方程

3.5 湍流模型

3.6 其它求解过程

3.7 本章小结

第四章多旋翼无人机空中风探测方法及其流场仿真

4.1 引言

4.2 多旋翼无人机三维数值建模

4.3 网格划分

4.3.1 网格类型与网格划分设置

4.3.2 网格质量

4.4 ANSYS Fluent CFD计算设置

4.4.1 求解器设置

4.4.2 求解控制参数设定

4.4.3 边界条件及材料属性设置

4.4.4 湍流模型

4.5 本章小结

第五章多旋翼无人机流场仿真及试验结果分析

5.1 引言

5.2 基础四旋翼无人机流场分析

5.3 控制变量下的多旋翼无人机流场分布特点对比分析

5.3.1 旋翼转速与无人机流场分布特点的关系分析

5.3.2 旋翼间距比与无人机流场分布特点的关系分析

5.3.3 旋翼尺寸与无人机流场分布特点的关系分析

5.3.4 旋翼结构与无人机流场分布特点的关系分析

5.3.5 旋翼数量与无人机流场分布特点的关系分析

5.4 多旋翼无人机载重量等相关指标分析

5.5 试验验证

5.5.1 对比试验

5.5.2 试验结果与分析

5.6 本章小结

第六章总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

作者简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杨扬

导师: 行鸿彦,郝明磊

关键词: 空中风探测,原位测风传感器,多旋翼无人机,流场,计算流体动力学

来源: 南京信息工程大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 气象学,航空航天科学与工程

单位: 南京信息工程大学

分类号: P412.2;V279

DOI: 10.27248/d.cnki.gnjqc.2019.000471

总页数: 67

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