微小型无人飞行器电动力系统推进装置优化

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1、中图分类号：V228.5UDC分类号：629.03微小型无人飞行器电动力系统推进装置优化作者姓名李明明学院名称机电学院指导教师李杰教授答辩委员会主席谌德荣教授申请学位工程硕士学科专业兵器工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年6月OptimizingPropulsiveDeviceofElectricPropulsionsystemforMAVCandidateName：LiMingmingSchoolorDepartment:MechatronicalEngineeringFacultyMentor:Prof.LiJieChair,ThesisCommittee

2、：Prof.ChenDerongMasterofEngineeringDegreeApplied:Major：WeaponEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：June，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学

3、位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要随着微小型无人飞行器应用越来越普遍，电动力系统作为最适用的动力系统之一，其续航问题越来越受到人们的关注。在无法减小飞行器质量以及电池密度无法提高的前提下，只能通过提高系统的效率来提高续航时间。其中螺旋桨、螺旋桨与电机的匹配两方面对电动力系统效率的影响占主要因素，故本文通过提高螺旋桨效率和提高匹配效率两个方面来对电动力系统进行优化设计。首先，本文详细介绍了目前国内外螺旋桨气动分析理论，结合本课题中微小型无人飞行器所用螺旋桨的特点进行比较分析，选择片条理论作为本文螺旋桨的气动分析理论；在详细介

4、绍片条理论的计算原理后，建立螺旋桨的气动计算模型，并对某螺旋桨进行气动仿真计算，通过与实验结果的比较，验证出该气动分析理论应用于分析本课题螺旋桨的正确性。其次，在验证片条理论合适的基础上，通过比较目前螺旋桨优化设计的方法，选择Betz法作为螺旋桨的优化设计方法；将片条理论与Betz法结合，给出详细的优化设计方法，并描述了整个优化设计流程以及建立螺旋桨的优化设计模型；通过该模型对螺旋桨进行优化设计，给出优化设计后螺旋桨详细的结构参数以及三维示意图。然后，本文进一步对优化后螺旋桨的各个工作状态进行深入分析，分别对优化的螺旋桨在动拉力与静拉力的工作状态下进行性能计算，并与实验测试

5、结果进行比较分析，验证优化方法的有效性；同时考虑到由静拉力计算动拉力的重要性，本文通过理论分析给出螺旋桨静拉力与动拉力之间的数学关系,并给出相应参数的计算方法。最后，在已知螺旋桨的基础上，建立电机数学模型并与螺旋桨的气动模型联立，通过比较分析不同电机与螺旋桨组合的性能曲线来选择出较优的匹配结果，从而完成电机与螺旋桨的匹配优化设计。关键词：微小型无人飞行器，螺旋桨优化，片条理论，Betz法，优化设计I北京理工大学硕士学位论文AbstractWiththewidespreadapplicationofMAV,theenduranceofelectricpropulsionsys

6、temthatoneofthemostsuitablepowersystemshasreceivedmoreandmoreattention.Onthepremisethatthequalityofaircraftcouldnotbereducedandbatterydensitycouldnotbeimproved,improvingefficiencyistheonlywaytoincreasingenduranceofelectricpropulsion.Thispaperwillconcentrateonimprovingefficiencyofpropellers

7、andthematchingbetweenmotorandpropellerbecausetheinfluenceofthetwoitemsisfarmoresignificant.Firstly,thisarticleintroducesmostoftheexistingtheaerodynamictheoriesindetails,combinedwiththecharactersofpropellersofMAV,thispaperchosestripanalysistheoryastheaerodynami