推力換向式垂直起降無人機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究.pdf

1、當(dāng)前對(duì)無人飛行器的研究大多數(shù)都集中在多旋翼飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其改進(jìn)上，而對(duì)多旋翼和固定翼結(jié)合的研究相對(duì)較少，截止目前，垂直起降飛行器如傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)、尾座式垂直起降無人飛行器取得了一些突破性進(jìn)展并在軍用、民用領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但垂直起降飛行器仍有許多未解決的問題，控制算法困難、傾轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，怎樣設(shè)計(jì)小型化結(jié)構(gòu)的飛行器是現(xiàn)在電動(dòng)無人機(jī)研究的重點(diǎn)，結(jié)合多旋翼和固定翼飛行器本身結(jié)構(gòu)氣動(dòng)布局的特點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)出一款旋翼/固定翼轉(zhuǎn)換式復(fù)合式垂直起

2、降飛行器，首先為了驗(yàn)證小型化結(jié)構(gòu)的合理性，對(duì)原有的機(jī)翼通過有限元的仿真分析，重點(diǎn)研究機(jī)翼結(jié)構(gòu)的固有力學(xué)特性及模態(tài)響應(yīng)結(jié)果，獲得機(jī)翼模擬梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變信息，接著分析機(jī)翼結(jié)構(gòu)的彎曲特性，校核多旋翼結(jié)構(gòu)與機(jī)翼結(jié)構(gòu)配置的合理性、可靠性，最后為提高電動(dòng)無人機(jī)的航時(shí)航程性能，針對(duì)復(fù)合式無人機(jī)布局結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，對(duì)飛行器的動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行了選型，并提出了相應(yīng)的航時(shí)評(píng)估方法。本文的主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:
　　(1)分析了不同推力形式下復(fù)合式無人機(jī)的布

3、局的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合飛行器將來服務(wù)的作業(yè)對(duì)象、工作環(huán)境的限制，利用飛行器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論對(duì)飛行器的總體布局及其飛行理論進(jìn)行驗(yàn)證分析，并確定了推力換向式垂直起降無人機(jī)為研究對(duì)象。
　　(2)通過分析固定翼、多旋翼的結(jié)構(gòu)布局形式，以易于設(shè)計(jì)、裝拆和后期調(diào)試為出發(fā)點(diǎn)，利用多旋翼設(shè)計(jì)理論知識(shí)研究機(jī)架尺寸與機(jī)動(dòng)性的關(guān)系、旋翼與機(jī)體半徑的關(guān)系，并在Profili軟件中分析不同翼型的升阻比和俯仰力矩，最終確定機(jī)翼的翼型為CLARK-Y，得到翼型的結(jié)構(gòu)

4、參數(shù)，并根據(jù)Pro/E軟件建立機(jī)翼的三維模型結(jié)構(gòu)。
　　(3)利用ANSYS軟件WORKBENCH模塊對(duì)機(jī)翼結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元靜力學(xué)仿真分析、模態(tài)分析、諧響應(yīng)分析，整理仿真數(shù)據(jù)，得到了機(jī)翼的應(yīng)力云圖、形變?cè)茍D、固有頻率以及機(jī)翼的最大振幅量，結(jié)合機(jī)翼結(jié)構(gòu)的材料屬性，在許用應(yīng)力的最大情況下得到旋翼機(jī)架的最優(yōu)軸距尺寸為650mm。
　　(4)整個(gè)研究過程圍繞設(shè)計(jì)方法、旋翼的設(shè)計(jì)理論、動(dòng)力系統(tǒng)的選型等關(guān)鍵技術(shù)展開，通過分析復(fù)合式無人飛行