大载荷纵列式涵道无人机总体设计及性能分析

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1、—————————————————————————————大载荷纵列式涵道无人机总体设计及性能分析—————————————————————————————OverallDesignandPerformanceAnalysisoftheLargeLoadTandemDuctedUAV作者姓名：孟凡华专业名称：机械电子工程指导教师：刘顺安教授学位类别：工学硕士答辩日期：2015年5月30日摘要针对目前涵道无人机搭载能力较弱的问题，提出了一种大载荷纵列式涵道无人机的设计方案。该无人机由机身、两个主涵道、四个调节涵道组成，主涵道与调节涵道动力与控制相互独立。无人

2、机的升力主要由主涵道提供，两个主涵道纵列式分布。本无人机综合了双旋翼纵列式直升机与涵道旋翼机的优势，利用涵道消除纵列式布局中飞行时前旋翼对后旋翼的影响，提高了后旋翼的气动效率；利用纵列式布局消除旋翼的发作用力矩，使涵道结构变得更加简化；这样这种设计不仅消除了两种设计的弊端，还保留了两种设计的优势，悬挂吊装货物能力较强，气动效率高。解决了涵道机载重差的缺点。首先，本文提出可以承载大载荷的小型多涵道无人机设计方案，并进行了总体设计；首先根据项目的要求并对比国外典型无人机的参数，确定了该无人机的总体参数，然后根据项目要求和总体参数确定了气动布局形式和材料；然后，

3、本文对对该无人机的机身、传动系统、旋翼涵道等部分结构进行了详细的设计，并运用SolidWorks绘制了三维结构图；最后以常规单旋翼带尾桨的直升机配平计算方法为基础，建立了纵列式无人涵道旋翼飞行器的飞行动力学模型，完成了对大载荷纵列式涵道无人机的配平计算和分析，给出了无人机飞行器的动力学模型和姿态操纵方式。其次，对涵道无人机的部分结构进行了基于有限元强度的分析。采用有限元分析方法对涵道无人机部分结构（涵道无人机机身、传动齿轮副）进行分析，确保涵道无人机的设计参数达到要求。然后，对传动系统的斜齿轮进行了模态分析计算得到了斜齿轮的固有频率和振型，为进一步研究提供

4、基础。最后对对双旋翼纵列式与双旋翼纵列式涵道两种布局的气动特性对比分析，证明双旋翼纵列式涵道布局具有一定的可行性和应用价值。综上所述，本文对一种对大载荷纵列式涵道无人机进行了总体设计，并对其关键部件进行了有限元分析，为后续的理论实验工作奠定了基础，同时为涵道无人机、特别是采用纵列式涵道旋翼无人机提供了一定的技术支持。关键词：涵道式无人机，大载荷，纵列式，有限元法，气动分析IABSTRACTThisdissertationgivesadesignoflargeloadtandemductedUAVfortheissueoflowcarryingcapacit

5、yofcurrentUAV.TheUAVinthisdissertationconsistsofafuselage,twomainductsandfouradjustducts.Thepowerandcontrolofthemainductsandtheadjustductsareindependentrespectively.TheliftofUAVismainlyprovidedbythetwomainductswhichareoftandemdistribution.theUAVinthisdissertationcombinesthemeritso

6、ftwo-rotorstandemhelicopterandductedrotorcraft.Itimprovestheaerodynamicefficiencyoftherearrotorastheductseliminatethefrontrotor'sinfluenceontherearrotor.Itsimplifiestheductsastandemlayouteliminatesthereactiontorqueoftherotors.Fromabove,thedesigninthisdissertationkeepsthemeritsofth

7、etwoformerdesignsandremovesthedefectsofthem.ItmakestheUAVtohavehighercarryingcapacityandaerodynamicefficiency.Firstly,thisthesisproposedadesignschemeofsmallmultipleductedrotorUnmannedAerialVehicle(UAV)withtheabilityofbearinglargeload.TheentireparametersofthisUAVaredeterminedaccord

8、ingtothedemandofprogramandcompari