垂直起降固定翼空中机器人结构及气动特性研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：201331204026河北工业大学硕士学位论文垂直起降固定翼空中机器人结构及气动特性研究论文作者：袁春阳学生类别：全日制专业学位类别：工程硕士领域名称：机械工程指导教师：丁承君职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMechanicalEngineeringRESEARCHONTHESTRUCTUREANDAERODYNAMICCHARACTERISTICSOFAVTOLFIXED-WINGAERIALROBOTby

2、YuanChunyangSupervisor:Prof.DingChengjunMay2016原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印

3、、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：摘要垂直起降固定翼空中机器人能够在复杂的环境中实现垂直起降，具有空中悬停和快速平飞的能力，在军用和民用领域有着广泛的应用前景，因此研究此类空中机器人具有重要意义。本文在参考国内外研究的基础上，对垂直起降固定翼空中机器人进行结构设计并对其气动特性进行研究与优化。首先，通过对典型

4、翼型和结构布局的分析，确定本次设计所采用的翼型及主体结构布局形式。其次，对垂直起降固定翼空中机器人的结构布局进行初步设计，主要包括翼身融合结构、翼尖小翼、起落架和矢量倾转动力装置等。再次，应用FLUENT对设计的机翼模型进行仿真分析，采用控制变量法研究机翼扭转角、翼刀、翼尖小翼等对其气动特性的影响，并优化机翼结构。最后，对整机进行气动特性分析并应用滑移网格法研究螺旋桨滑流对整机气动特性的影响，同时采用CFD与CSD相耦合的方法研究整机的静气动弹性，探索弹性变形对气动特性的影响。综合研究表明，机翼经过优化以后其升力系数得到提高，阻力系数减小，滚转稳定性增加

5、；螺旋桨滑流提高了整机的升力特性，但同时也增加了阻力；弹性变形使得整机升力系数减小，阻力系数增大，整机气动性能有所下降，但变形程度不会造成结构破坏，从整体上来看组合后的整机气动性能良好，符合设计要求；流固耦合所得到的最大变形位移及应力分布情况可用于指导整机内部结构再优化和新材料的选用，以减小弹性变形，进一步提高整机的气动性能。关键词：垂直起降，空中机器人，结构设计，气动特性，CFD/CSDIABSTRACTVTOLfixed-wingaerialrobotcanachieveverticaltake-offandlandinginacomplexenvi

6、ronment,withtheabilityofhoveringintheairandfastfly,andtheapplicationprospectinbothmilitaryandcivilianfieldsisverybroad.Therefore,itisveryimportanttoresearchthiskindofaerialrobot.Thispaperisbasedonthedomesticandinternationalresearches,designthestructureofaVTOLfixed-wingaerialrobot

7、,researchandoptimizeitsaerodynamiccharacteristics.Firstly,wedeterminetheairfoilandtheformofmainstructurelayoutthroughtheanalysisoftypicalairfoilandstructurallayout.Secondly,preliminarilydesignthestructurallayoutofaVTOLfixed-wingaerialrobot,includingblendedwingbody,winglets,landin

8、ggearandvectortiltingpowerdevice.Thirdly