基于合成射流技术的涵道飞行器气动特性研究

论文摘要

针对目前涵道风扇无人机的机动性和稳定性问题,设计了一种基于合成射流技术的涵道风扇飞行器方案,该方案是通过合成射流激励器控制涵道无人机尾缘的流场达到控制无人机的飞行姿态。该飞行器主要由涵道体、风扇和射流激励器等组成,其中各组合成射流激励器控制相互独立。采用合成射流激励器不仅可以使涵道风扇飞行器偏航和俯仰,还可以使飞行器快响应和高机动性。首先,本文设计了涵道风扇无人机的整体布局,建立了涵道无人机的三维模型;对涵道无人机进行了详细的受力分析,为数值计算奠定了基础。其次,对孤立风扇和涵道风扇飞行器飞行过程中的气动特性进行了数值分析;其中孤立风扇考虑了桨叶数量、螺旋桨转速和来流速度对风扇气动力的影响,涵道风扇考虑了来流速度、风扇转速和涵道攻角对飞行器气动力的影响;并且对比分析了涵道无人机和孤立风扇之间的关系,作为涵道无人机的结构优化和流动控制奠定基础。再次,结合对孤立涵道的气动特性分析,建立了合成射流激励器仿真模型,将射流技术引入孤立涵道中,其中射流包括了定常射流和合成射流,通过CFD方法分析其气动特性,并且对比分析定常射流和合成射流对孤立涵道的影响,作为主动流动控制技术引入到涵道风扇无人机中奠定了研究基础。然后,结合对涵道风扇无人机本体的气动特性分析,将合成射流技术引入到涵道风扇中,通过CFD方法对涵道风扇的气动特性进行分析,其中也考虑到了定常射流和合成射流对涵道风扇气动力及力矩的影响,并且对比分析开启射流和未开启射流对飞行器气动特性的影响。最后,研究了涵道无人机在前飞过程中有侧风干扰的情况,其中侧风干扰的因素包括了侧风风速和侧风方向,考虑到了侧风干扰对涵道风扇无人机的气动特性影响;在射流对涵道风扇尾流的影响基础之下,在侧风干扰的作用下验证定常射流对涵道风扇的控制效果。综上所述,本文将合成射流激励器应用到涵道风扇无人机中,对涵道风扇进行了详细的气动力和气动力矩分析,为结构设计优化和控制系统设计提供了理论研究基础;并且分析了侧风干扰对涵道风扇的稳定性影响,通过采用合成射流激励器可以适当平衡侧风干扰对涵道风扇的影响,为涵道风扇无人机在有干扰状态下的气动特性分析和侧风干扰状态下的飞行器动力学建模提供参考,并且为了涵道式飞行器在干扰状态下的稳定性分析提供数据支持。

论文目录

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 论文的研究背景及意义

1.2 国内外研究现状及发展趋势

1.2.1 合成射流技术的研究现状

1.2.2 涵道无人机研究现状

1.2.3 涵道无人机气动特性国内外研究现状和发展趋势

1.3 主要研究内容

第2章气动布局的设计

2.1 引言

2.2 布局设计

2.2.1 涵道特征参数的选择

2.2.2 总装配图设计

2.3 涵道无人机动力学

2.3.1 机身动力

2.3.2 机身动力矩M

2.4 小结

第3章无合成射流作用下涵道无人机气动特性研究

3.1 引言

3.2 孤立螺旋桨气动特性分析

3.2.1 桨叶数量和螺旋桨转速的影响

3.2.2 桨叶数量和来流速度的影响

3.2.3 来流速度和螺旋桨转速的影响

3.3 涵道无人机的气动性能分析

3.3.1 涵道风扇的流场分析

3.3.2 来流速度和风扇转速对涵道风扇飞行器的影响

3.3.3 风扇转速和涵道攻角对涵道无人机的影响

3.4 小结

第4章合成射流对涵道尾流的影响

4.1 引言

4.2 涵道的无射流气动特性分析

4.3 射流激励器仿真模型准备

4.3.1 引入射流动量系数

4.3.2 射流边界设置

4.3.3 射流模型选择

4.4 定常射流对涵道气动特性的影响

4.5 合成射流对涵道气动特性的影响

4.6 小结

第5章合成射流对涵道风扇无人机尾流的影响

5.1 引言

5.2 射流模型准备

5.3 定常射流对涵道风扇影响

5.4 合成射流对涵道风扇影响

5.5 小结

第6章侧风干扰对涵道无人机气动特性的影响

6.1 引言

6.2 侧风干扰对飞行器的气动特性分析

6.3 定常射流在涵道无人机中的应用分析

6.4 小结

第7章总结

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 崔剑飞

导师: 巩伟杰

关键词: 涵道风扇无人机,合成射流,定常射流,气动特性,侧风干扰

来源: 深圳大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 力学,航空航天科学与工程

单位: 深圳大学

分类号: V211.5

总页数: 62

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