火星無人機(jī)旋翼氣動(dòng)特性分析及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、 國內(nèi)圖書分類號：V476.3 學(xué)校代碼：10213 國際圖書分類號：621 密 級：公開 工學(xué)碩士學(xué)位論文 碩士學(xué)位論文 火星無人機(jī)旋翼氣動(dòng)特性分析及實(shí)驗(yàn)研究 碩 士 研 究 生 ： 王丹 導(dǎo) 師 ： 鄧宗全 教授 申 請 學(xué) 位 ： 工學(xué)碩士 學(xué) 科 ： 機(jī)械設(shè)計(jì)及理論 所 在 單

2、 位 ： 機(jī)電工程學(xué)院 答 辯 日 期 ： 2017 年 7 月 授 予 學(xué) 位 單 位 ： 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 I 摘 要 由于火星與以往探測的行星有很大不同，它的表面有一層薄薄的大氣層，可以將無人機(jī)應(yīng)用于火星探測任務(wù)中。無人機(jī)具有觀測范圍廣、移動(dòng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，相較于以往的探測形式（著陸器、軌道衛(wèi)星） ，將體現(xiàn)出極大的優(yōu)勢。旋翼是火星無人機(jī)的重要組成部件，其氣動(dòng)特性對整個(gè)無人機(jī)的性能起

3、決定性的作用。由于火星環(huán)境的特殊性，火星無人機(jī)的旋翼將工作在低雷諾數(shù)條件下。雷諾數(shù)是判斷流體流動(dòng)狀態(tài)的重要參數(shù)，它的改變將對氣動(dòng)特性產(chǎn)生巨大的影響。本文采用理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式，對火星環(huán)境下的無人機(jī)旋翼氣動(dòng)特性進(jìn)行研究。 基于計(jì)算流體力學(xué)知識，對二維翼型周圍流場進(jìn)行分析。比較火星大氣環(huán)境與地球大氣環(huán)境的差異，計(jì)算出無人機(jī)工作的雷諾數(shù)范圍，分析火星空氣繞翼型的流動(dòng)情況。分析不同雷諾數(shù)對翼型升阻特性的影響，比較不同雷諾數(shù)時(shí)翼型周圍流場的速

4、度分布情況，觀察邊界層的變化規(guī)律。分析翼型的厚度、弧度、弧度的位置、前緣半徑對升阻特性的影響，分析仿真結(jié)果，選出適合在火星低雷諾數(shù)條件下使用的最佳翼型。 基于葉素動(dòng)量理論，對整個(gè)旋翼的受力情況進(jìn)行建模分析?？紤]到火星大氣條件的低雷諾數(shù)影響，使用引入渦流理論的葉素動(dòng)量理論對整個(gè)旋翼的受力情況進(jìn)行理論建模。將之前數(shù)值計(jì)算得到的二維翼型的升阻系數(shù)和旋翼的各項(xiàng)參數(shù)代入葉素動(dòng)量理論模型，迭代求出干涉角，從而確定誘導(dǎo)速度，計(jì)算出局部升力和阻力，最后

5、積分得到整個(gè)旋翼的推力、轉(zhuǎn)矩。 搭建火星旋翼氣動(dòng)特性測試平臺(tái)，進(jìn)行旋翼氣動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)。利用真空罐構(gòu)建火星大氣環(huán)境，設(shè)計(jì)并搭建基于 xPC Target 構(gòu)架的火星無人機(jī)旋翼氣動(dòng)特性測試系統(tǒng)。開展火星旋翼氣動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)，并與理論分析的結(jié)果進(jìn)行對比，分析驗(yàn)證理論模型的正確性。改變槳葉的半徑、安裝角度、展弦比進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)，總結(jié)不同參數(shù)對旋翼氣動(dòng)特性的影響規(guī)律，為火星無人機(jī)旋翼的性能優(yōu)化提供理論依據(jù)和參考。 關(guān)鍵詞：火星無人機(jī)；葉素動(dòng)量理論模型；火