推力換向式垂直起降無人機結(jié)構(gòu)設計研究.pdf

1、當前對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)的設計及其改進上，而對多旋翼和固定翼結(jié)合的研究相對較少，截止目前，垂直起降飛行器如傾轉(zhuǎn)旋翼機、尾座式垂直起降無人飛行器取得了一些突破性進展并在軍用、民用領(lǐng)域得到了廣泛的應用。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)復雜，怎樣設計小型化結(jié)構(gòu)的飛行器是現(xiàn)在電動無人機研究的重點，結(jié)合多旋翼和固定翼飛行器本身結(jié)構(gòu)氣動布局的特點，本文設計出一款旋翼/固定翼轉(zhuǎn)換式復合式垂直起

2、降飛行器，首先為了驗證小型化結(jié)構(gòu)的合理性，對原有的機翼通過有限元的仿真分析，重點研究機翼結(jié)構(gòu)的固有力學特性及模態(tài)響應結(jié)果，獲得機翼模擬梁結(jié)構(gòu)的應力應變信息，接著分析機翼結(jié)構(gòu)的彎曲特性，校核多旋翼結(jié)構(gòu)與機翼結(jié)構(gòu)配置的合理性、可靠性，最后為提高電動無人機的航時航程性能，針對復合式無人機布局結(jié)構(gòu)的特點，對飛行器的動力系統(tǒng)進行了選型，并提出了相應的航時評估方法。本文的主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　(1)分析了不同推力形式下復合式無人機的布

3、局的優(yōu)缺點，結(jié)合飛行器將來服務的作業(yè)對象、工作環(huán)境的限制，利用飛行器的結(jié)構(gòu)設計理論對飛行器的總體布局及其飛行理論進行驗證分析，并確定了推力換向式垂直起降無人機為研究對象。
　　(2)通過分析固定翼、多旋翼的結(jié)構(gòu)布局形式，以易于設計、裝拆和后期調(diào)試為出發(fā)點，利用多旋翼設計理論知識研究機架尺寸與機動性的關(guān)系、旋翼與機體半徑的關(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軟件建立機翼的三維模型結(jié)構(gòu)。
　　(3)利用ANSYS軟件WORKBENCH模塊對機翼結(jié)構(gòu)進行有限元靜力學仿真分析、模態(tài)分析、諧響應分析，整理仿真數(shù)據(jù)，得到了機翼的應力云圖、形變云圖、固有頻率以及機翼的最大振幅量，結(jié)合機翼結(jié)構(gòu)的材料屬性，在許用應力的最大情況下得到旋翼機架的最優(yōu)軸距尺寸為650mm。
　　(4)整個研究過程圍繞設計方法、旋翼的設計理論、動力系統(tǒng)的選型等關(guān)鍵技術(shù)展開，通過分析復合式無人飛行