简易飞行器设计与制作 文献综述

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---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------简易飞行器设计与制作+文献综述摘要以科研类全国航空航天模型锦标赛为背景，本论文开展了基于小型探空火箭的简易飞行器的设计与制作，运用三维软件进行绘制飞行器三维图形，并进行制作加工，试验飞行。重点解决返回舱的定点回收的精确度和稳定性问题。在本文中，主要综合考虑每种飞行器气动结构优缺点，采用两种飞行器总体气动布局方案，并计算与分析其气动特性、稳定性并考虑横向风影响的外弹道情况，最终选择一种满足要求的飞行器。同时进行一些利用尾翼舵面控制飞行器俯仰、翻滚和偏转的探索，可以一定程度上改善定点着陆的问题。关键词探空火箭简易飞行器返回舱定点着陆8393TitleDesignandproductionofthesimple15/15 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------简易飞行器设计与制作+文献综述摘要以科研类全国航空航天模型锦标赛为背景，本论文开展了基于小型探空火箭的简易飞行器的设计与制作，运用三维软件进行绘制飞行器三维图形，并进行制作加工，试验飞行。重点解决返回舱的定点回收的精确度和稳定性问题。在本文中，主要综合考虑每种飞行器气动结构优缺点，采用两种飞行器总体气动布局方案，并计算与分析其气动特性、稳定性并考虑横向风影响的外弹道情况，最终选择一种满足要求的飞行器。同时进行一些利用尾翼舵面控制飞行器俯仰、翻滚和偏转的探索，可以一定程度上改善定点着陆的问题。关键词探空火箭简易飞行器返回舱定点着陆8393TitleDesignandproductionofthesimple15/15 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------简易飞行器设计与制作+文献综述摘要以科研类全国航空航天模型锦标赛为背景，本论文开展了基于小型探空火箭的简易飞行器的设计与制作，运用三维软件进行绘制飞行器三维图形，并进行制作加工，试验飞行。重点解决返回舱的定点回收的精确度和稳定性问题。在本文中，主要综合考虑每种飞行器气动结构优缺点，采用两种飞行器总体气动布局方案，并计算与分析其气动特性、稳定性并考虑横向风影响的外弹道情况，最终选择一种满足要求的飞行器。同时进行一些利用尾翼舵面控制飞行器俯仰、翻滚和偏转的探索，可以一定程度上改善定点着陆的问题。关键词探空火箭简易飞行器返回舱定点着陆8393TitleDesignandproductionofthesimple15/15 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------vehicleAbstractTothebackgroundof2012ChinaStateAeroModelRenovationChampionship,basedonsoundingrocketsthisthesiscarriedoutdesignandproductionofthesimplevehicle,used3Dsoftwaretodrawthedrawingofaircrafttomakeandhaveitstestflight.Focusedonsolvingtheproblemsofaccuracyandstabilitythefixed-pointrecoveryofre-entrycapsule.Inthispaper,themainworkistosynthesizeadvantagesanddisadvantagesofeachkindoftheaerodynamicstructureofthevehicle,tousetwokindsofschemesandcalculateandanalyzeitsaerodynamiccharacteristics,stabilityandhowthecrosswindaffectstheexteriorballiotics,finallychooseonewhichcanfulfilltherequirement.Meanwhilemakessomeexplorationstowardsusingtheruddertocontrolitspitchingrollandyawmotion,whichtosomeextentcanimprovetheproblemsoffixed-point15/15 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------landing.KeywordsSoundingRocketSimpleVehicleFixed-pointLandingre-entrycapsule毕业设计说明书（论文）外文摘要目录1引言11.1探空火箭的发展历程115/15 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------飞行器分为3类：航空器、航天器、火箭和导弹。在大气层内飞行的飞行器称为航空器，如气球、飞艇、飞机等，它们是靠空气的静浮力，或相对空气运动产生的升力飞行。在空间飞行的飞行器称为航天器，如人造地球卫星、载人飞船、空间探测器、航天飞机等，它们在运载火箭的推动下获得必要的速度进入太空，然后在引力作用下完成轨道运动。火箭和导弹是以火箭发动机为动力的飞行器，可以在大气层内，也可在大气层外飞行，导弹是装有战斗部的、可控制的火箭，主要有在大气层外飞行的弹道导弹和装有翼面，在大气层内飞行的巡航导弹等。1.1探空火箭的发展历程火箭是利用反冲力推进的速度快、用途广的飞行器。中国人是富有想像力和探索精神的民族，古时很多关于飞离地球、奔向太空的神话传说，都激励人们挑战自然。有了火箭之后，中国人还首次尝试了火箭载人飞行，又研制了二级火箭，并提出回收火箭的构想，古时的中国人在这些方面都走在当时世界的前列。中国古书中“火箭”一词常指不同武器，这里所说的火箭，指一种飞行装置，以固体黑火药为燃料和助燃剂，借燃烧室迅速喷出高压气体所产生反作用力而推动的飞行装置，并可在大气或没有空气的情况下工作。中国人发明的火箭与近现代火箭工作原理相同，是近现代火箭的祖先。1.1.1国内外探空火箭的发展现状1.1.2探空火箭的发展趋势1.2探空火箭的优缺点探空火箭特点[3]是其飞行弹道接近垂直剖面，它可以测量30-200km高度范围内的数据资料，在这一高度范围内它是唯一的直接探测手段，这是高空球和人造卫星所不具备的，但是也有缺点就是探测时间短。在空间科学研究中，探空火箭与人造卫星相比有以下几个特点：15/15 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------图2.1总体方案设计流程图2.1飞行器箭体气动布局设计在飞行器箭体设计方面，需根据飞行器的飞行速度、发射条件及设计要求选择合适的头锥、尾段。各种外形的头锥相对于平头头锥的阻力百分比如图2.2所示，从图2.2中可以看出，平头头锥的阻力系数是最大的[4]。在简易飞行器的飞行过程中：头锥形状产生的头阻是影响飞行特性的重要影响因素之一，选择头锥外形时可根据各自特点确定；尾段形状产生的尾阻也不容忽视，主要因为在气流流过飞行器到达尾部时，空气气流突然发生转变，在尾段表面分离，产生了尾段底部的部分真空，在低压区的压强差条件下形成的底部阻力。各种头锥和尾段外形的优缺点[5-7]比较如表2.1所示。图2.2各种外形的头锥相对于平头头锥的阻力百分比表2.1各种头锥、尾段外形的优缺点名称简图优点缺点头锥平头结构简单飞行阻力很大锥角工艺简单容积小、结构较重钝形阻力较小、易解决防热在气动力下容易使弹头产生“漂移”，影响命中精度弧形大内腔容积、小结构质量、小空气阻力、弹头外形比较合理气动特性比较复杂尾段平头结构和工艺简单、容积大、作为发射支承时稳定性好气动阻力大锥形收缩工艺简单、气动阻力较小容积受限、转换处应力较大15/15 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------安装形式“一”字形翼翼面数少、质量小、空气阻力小、升阻比大对航向机动的指令相应慢“十”15/15 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------或“X”字形翼在小攻角下，不论滚转角多大，四片翼的合成升力大小变化小、机动性好有四片翼，但升力与一字形相同环形翼不产生滚转力矩环翼的阻力较大，纵向气动性能较差卷弧翼折叠式卷弧翼可减小横向尺寸，便于储存和运输，提高了可靠性横向气动特性，特别是滚装力矩特性复杂考虑到简易飞行器发射阶段的固定便利性、引导性和稳定性，综合比较各种稳定翼面外形、安装形式的优缺点，同时考虑加工工艺的可操作性，本文采用梯形尾翼和“十”形安装形式的稳定翼气动布局方案。2.3飞行器总体结构布局设计结合航模比赛规则、实际设计和加工制作能力，简易飞行器由头部整流罩、载荷舱、回收舱、尾段等部件组成，单个C6火箭发动机平均推力8N，总冲10，工作时间1.7S。最终方案（A和B）各部件尺寸及其质量分配如表2.3所示，总体结构布局如图2.3所示。表2.3A和B方案各部件尺寸及其质量分配名称长度/mm质量/g直径/mm备注ABABAB整流罩505010109060钝形头部有效载荷舱3504504504509060包含内部装载物品等15/15 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------（3-2）当小攻角时，其法向力系数对攻角的导数近似为（3-3）实验表明，在超声速时，紧接着头部后面约2~3倍直径的圆柱段上也产生部分法向力，所以头部的法向力系数可表示为半经验公式（3-4）式（3-4）中的15/15 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------实际为加上圆柱段法向力影响的头部法向力系数导数，在小攻角时近似为0.035。(2)粘性法向力气流以大攻角绕流箭体时，因粘性影响在箭体背风面将发生边界层分离现象，计算箭体法向力系数时须考虑粘性修正，可用如下经验公式表示（3-5）式中：—箭体长细比;—横向气流绕过圆柱体的阻力系数，在湍流边界层时取0.35，在层流边界层时取1.2。(3)箭体总升力组合前述各部分法向力系数式（3-4）、（3-5）即可得到，代入式（3-1）得到方案A箭体升力系数表达式（3-6）式（3-6）是在箭体有收缩尾段的时候适用，本论文的总体设计没有收缩尾段，所以方案A的升力系数应按下式计算（3-7）15/15 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------3.1.3全箭升力翼—体组合的空气动力特性不等于各部件气动力的简单相加，在升力效应上更为明显。稳定翼对称地安装在箭体上，在一定程度上会有相互影响，会产生附加升力。因此，在全箭升力计算中必须考虑上述各项干扰引起的附加升力效应。（1）有箭体存在时的稳定翼升力考虑箭体干扰影响的稳定翼升力系数可由下式给出（3-13）式中：—考虑箭体对稳定翼效率影响的速度阻滞修正系数()；—有箭体存在时，对其升力影响的干扰因子。按照细长体理论并考虑经验修正的15/15 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------表示式为（3-14）式中：—稳定翼其展长（m）；—稳定翼根梢比；15/15 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------—箭体直径（m）。（2）有稳定翼存在时的箭体干扰升力有稳定翼存在时箭体的干扰升力系数可由下式给出（3-15）式中：—有稳定其存在时，对箭体升力影响的干扰因子（3-16）（3）全箭升力考虑翼体干扰后的方案A的升力系数由下式确定（3-17）对于方案B还需考虑前翼旋涡引起后翼、后箭体的干扰升力，前翼对后翼和后箭体的干扰是由前翼旋涡下洗所产生。工程上一般采用涡线理论计算下洗和干扰升力。为计算方便，建立一个只与涡位置有关而和强度无关的无量纲系数，此参数称为尾涡下洗干扰因子，为一负值，可查阅参考文献[3]3.2.1箭体阻力火箭箭体的阻力系数由零攻角阻力系数和攻角引起的阻力系数两部分组成，其一般式为15/15 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------（3-22）（1）箭体零攻角阻力假定箭体是光滑的旋成体，由于轴对称的原因，当攻角为零时旋成体只受到轴向力的作用，此时轴向力即为零攻角阻力。飞行器升力为零升力时的阻力，又称消极阻力。所以旋成体在亚声速飞行时，零攻角阻力系数可由下式近似计算（3-23）近似计算旋成体的摩擦阻力系数时，其由两种流态分别确定，全部为层流边界层和全部为湍流边界层。当全部为层流边界层时简易飞行器设计与制作+文献综述(7):15/15