農(nóng)用無人旋翼機旋翼系統(tǒng)氣動分析與試驗研究.pdf

1、糧食的安全生產(chǎn)是我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，是國家強盛的有力保障。近年來病蟲害發(fā)生頻繁，對農(nóng)作物的產(chǎn)量與質(zhì)量造成了嚴(yán)重影響。能夠及時有效的噴灑農(nóng)藥是防治病蟲害發(fā)生的重要措施，因此植保作業(yè)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)植保模式勞動強度大，作業(yè)成本高，資源利用率低，作業(yè)人員中毒事件時常發(fā)生，已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展模式。無人機航空植保作業(yè)飛行高度低、藥物漂移少、靈活性強，現(xiàn)在越來越受到政府與百姓的青睞。無人旋翼機的旋翼通過相對來流作用進行

2、自轉(zhuǎn)，產(chǎn)生升力，具有載重量大、低空性強、造價低廉、結(jié)構(gòu)簡單、操控便捷、故障率低、安全性高等特點，因此無人旋翼機更能適應(yīng)農(nóng)業(yè)航空植保作業(yè)要求。研究旋翼機旋翼系統(tǒng)氣動特性對于無人旋翼機后期研制開發(fā)和其在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用具有重要意義。
　　本文在介紹旋翼機研究背景及其特點的基礎(chǔ)上，對旋翼系統(tǒng)預(yù)轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)進行理論分析，利用計算流體力學(xué)方法對預(yù)轉(zhuǎn)旋翼流場進行模擬仿真分析，并對旋翼進行預(yù)轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)試驗研究，主要工作內(nèi)容如下:
　　(1)從運動學(xué)

3、和動力學(xué)兩方面對旋翼系統(tǒng)工作機理進行分析，建立自轉(zhuǎn)旋翼數(shù)學(xué)模型，分析了預(yù)轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)工作狀態(tài)下不同工作參數(shù)對旋翼氣動特性產(chǎn)生的影響。
　　(2)利用GAMBIT軟件對旋翼流場劃分網(wǎng)格，導(dǎo)入CFD軟件FLUENT中，選擇標(biāo)準(zhǔn)的k-ε湍流模型，采用SIMPLE算法，對旋翼預(yù)轉(zhuǎn)時周圍流場分布情況進行數(shù)值模擬分析。結(jié)果表明:旋翼上下表面壓力差隨著槳距角和前傾角的均增大呈現(xiàn)先增后減的趨勢，隨著轉(zhuǎn)速的增大呈現(xiàn)遞增的趨勢。
　　(3)以槳距角

4、、前傾角、轉(zhuǎn)速為試驗因素，預(yù)轉(zhuǎn)升力、消耗功率為試驗指標(biāo)進行了單因素和多因素試驗。結(jié)果表明:各因素對試驗指標(biāo)的影響是顯著的，各因素交互作用是對預(yù)轉(zhuǎn)升力和消耗功率影響的主次順序均為:轉(zhuǎn)速＞槳距角＞前傾角。優(yōu)化出各因素的最優(yōu)組合，即:槳距角8°，前傾角3.5°，轉(zhuǎn)速390r/min。
　　(4)對旋翼進行自轉(zhuǎn)試驗，擬合出各因素與試驗指標(biāo)的數(shù)學(xué)模型，分析交互作用時各因素對兩個試驗指標(biāo)影響作用的大小關(guān)系，均為:風(fēng)速＞槳距角＞后倒角。對各因素