新型雙涵道四旋翼無人飛行器設(shè)計分析.pdf

1、伴隨著我國航空產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，四旋翼航拍無人機(jī)在消費級市場上的需求日益旺盛。四旋翼飛行器在作為空中平臺的使用中通常需要搭載高精度的設(shè)備，故對其穩(wěn)定性要求十分嚴(yán)格。但四旋翼飛行器受限于自身飛行特性，機(jī)體始終處于不穩(wěn)定的變化狀態(tài)，需要通過三軸云臺來保持設(shè)備的穩(wěn)定。但實際飛行時往往會超出云臺的適用范圍。因此，市場上迫切地需求一種飛行時機(jī)體更加穩(wěn)定的空中平臺，并要求保留四旋翼飛行器可垂直起降、空中懸停和機(jī)動靈活的優(yōu)點。
　　根據(jù)上述要求，

2、本文提出了一種在機(jī)體始終保持水平穩(wěn)定狀態(tài)下，可實現(xiàn)垂直起降、懸停、偏航和快速巡航的無人飛行器。該飛行器在常規(guī)四旋翼無人飛行器的基礎(chǔ)上設(shè)計加入了一套帶有推進(jìn)及轉(zhuǎn)向控制的涵道動力系統(tǒng)。旋翼動力只負(fù)責(zé)提供垂直方向的升力，并保持機(jī)體穩(wěn)定；涵道動力則通過差速控制方法提供水平方向上的動力，使該飛行器從起飛到降落的整個飛行過程中機(jī)體都不會產(chǎn)生傾轉(zhuǎn)，同時有效減小飛行阻力，提升航速。該飛行器在推進(jìn)方式上的改變，巧妙地解決了現(xiàn)有四旋翼飛行器因自身姿態(tài)變化而

3、對機(jī)載設(shè)備產(chǎn)生的干擾。
　　本文在確立了該飛行器總體設(shè)計要求的基礎(chǔ)上，選擇初步設(shè)計方案，并對其飛行原理進(jìn)行詳細(xì)闡述。通過計算總體參數(shù)，結(jié)合設(shè)計要求完成該方案飛行器的總體設(shè)計，并對主要結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行初步結(jié)構(gòu)設(shè)計，使用CATIA軟件繪制出整機(jī)三維模型。在上述工作基礎(chǔ)上，制作完成該方案飛行器的原理驗證樣機(jī)。
　　由于該飛行器動力系統(tǒng)由旋翼和涵道復(fù)合而成，為研究涵道動力對旋翼的氣動影響，有必要對動力系統(tǒng)的氣動特性進(jìn)行 CFD分析。本文

4、將該機(jī)整體模型簡化為旋翼與涵道空間位置的計算模型，經(jīng)過劃分網(wǎng)格，將其導(dǎo)入 ANSYS Fluent軟件中進(jìn)行數(shù)值仿真。以涵道的不同安裝位置作為變量，得出旋翼升力數(shù)據(jù)和所需圖形。經(jīng)過分析研究，確定出涵道與旋翼復(fù)合時的最佳安裝位置。接著對涵道動力系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，通過對比普通涵道與收斂涵道在涵道扇葉轉(zhuǎn)速相同情況下產(chǎn)生拉力的結(jié)果，得出收斂涵道將產(chǎn)生更大拉力的結(jié)論。完成理論分析后，對該方案驗證樣機(jī)進(jìn)行外場試飛測試。測試結(jié)果表明，在飛行過程中，樣