倾转四旋翼飞行器气动特性分析及设计研究

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1、中图分类号：V211.52论文编号：102870118-S157学科分类号：082501硕士学位论文倾转四旋翼飞行器气动特性分析及设计研究研究生姓名陈天予学科、专业飞行器设计研究方向直升机总体设计指导教师李建波研究员南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringResearchesonAerodynamicDesignandAnalysesonAerodynam

2、icCharacteristicsofaQuadTiltRotorAircraftAThesisinFlightVehicleDesignbyChenTianyuAdvisedbyProf.LiJianboSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，

3、也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：2018年3月南京航空航天大学硕士学位论文摘要倾转四旋翼飞行器作为一种特殊的飞行器，兼备直升机垂直起降和固定翼飞机高速巡航的优点。在具备这些优点的同时，其独特的气动布局以及复杂的工作状态也带来了更多的气动干扰问题。本文针对某构型倾转四旋翼飞行器，首先采用计算流体力学方法进行计算，分析了其不同

4、飞行状态下的气动特性；然后进行了气动布局改进研究；最后综合悬停和巡航效率对桨叶气动外形进行了优化设计。本文首先基于动量源方法建立了一套适用于倾转四旋翼飞行器的气动特性数值计算模型，通过算例验证了该模型在计算旋翼性能以及模拟旋翼对流场的干扰作用的有效性。然后基于已经建立的气动模型分析了倾转四旋翼飞行器在悬停、前飞和倾转过渡状态下的气动干扰规律。研究发现在悬停状态时，旋翼对机翼的向下载荷较大，通过使一段机翼随同短舱倾转可以有效降低向下载荷；在前飞状态时，前/后机翼和前/后旋翼错开的布局可以有效降低干扰产生的不利影响，前旋翼主要产生对前机翼的增阻作用

5、，后旋翼主要对后机翼产生增升作用，旋翼/机翼的干扰使全机的升阻比有所下降，旋翼的效率有所提升；倾转过渡时旋翼的干扰使飞行器的升力和阻力都增大了，飞行器可以在旋翼悬停转速下完成倾转过渡。最后基于片条理论和遗传算法，以旋翼的悬停效率和巡航效率为目标函数，桨叶的弦长分布和扭转分部为设计变量，建立了倾转旋翼桨叶外形的优化设计模型，优化后的倾转旋翼的悬停效率增加了1.9%，巡航效率增加了1.5%。关键词：倾转四旋翼，计算流体力学，气动特性，气动布局，优化方法I倾转四旋翼飞行器气动特性分析及设计研究ABSTRACTAsaspecialtypeofaircr

6、aft,quadtiltrotoraircrafthastheabilitiesofhigh-speedcruiseasafixed-wingaircraftandtheabilitiesofverticaltaking-offandlandingasahelicopter.However,withtheseadvantages,itsuniqueaerodynamicconfigurationandcomplexworkingconditionsalsoleadtomoreaerodynamicinterferenceproblemssuch

7、aswingdownloadduringhovering,influenceofrotorslipatcruise,andadaptationdifferentworkingconditionsoftherotoraerodynamicdesignissues.Inthispaper,theaerodynamiccharacteristicsunderdifferentflightstatesarecalculatedandtheaerodynamicconfigurationisimprovedbasedontheCFDmethodforaq

8、uadtiltrotoraircraft.Thebladeshapeisoptimizedbyconsideringhoveringandcruisi