可用于火星飞行的小型直升机转子悬停性能-毕业设计外文翻译

《可用于火星飞行的小型直升机转子悬停性能-毕业设计外文翻译》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、可用于火星飞行的小型直升机转子悬停性能RobinShresthaUniversityofMaryland,CollegePark,Maryland20742MobleBenedictTexasA&MUniversity,CollegeStation,Texas77843以及VikramHrishikeshavan和InderjitChopra§UniversityofMaryland,CollegePark,Maryland20742DOI：10.2514/1.C033621摘要：本研究是为了回应对于评估用于火星探测的小型自动化直升机（总质量小于1kg）飞行可行性与日俱增的兴趣。自主旋翼

2、航空器可以理想地适用于这样的应用，因为它具有独特的优点，其中包括在与传统的地面漫游器相比时在恶劣的地形上垂直起飞/着陆的能力以及更大的速度，范围和视野。火星上的大气条件呈现出独特的设计挑战。尽管火星的重力只有38％左右地球的重力，火星的平均大气密度是地球大气密度的七十分之一。因此，转子将以非常低的雷诺数运行，对于小型直升机而言，甚至低于5000。然而，由于需要更高的尖端速度（由于密度较低），马赫数将显着更高（M>0.4），并且由于火星上的声速仅为地球声速的大约72％。桨叶上的低雷诺数，高马赫数流动条件对转子设计施加了严格的限制。本研究提出的解决方案涉及扩大转子尺寸以在可接受的马赫数和雷诺

3、数条件下产生所需的推力。实验在一个真空室中评估了200g火星同轴直升机的全尺寸转子的悬停性能，真空室完全模拟了火星空气密度。在雷诺数为3300，马赫数为0.34的情况下，基线转子获得的最大品质因数小于0.4。通过改变空气密度以恒定的马赫数增加雷诺数，雷诺数为35,000，将同一转子的品质因数提高到0.6以上。随着雷诺数降低到极低值（Re<5000），最大品质因数的桨叶总距角甚至增加到30度。这项研究的一个重要结论是小型火星无人机在火星持飞行（12–13min）是可行的。I.引言这里存在一个用于评价用于火星探测的小型旋翼机可行性的巨大兴趣。本研究与NASA的在火星2020任务中操作一架小型

4、旋翼无人机从火星漫游者起飞的目标一致。小型的火星旋翼机被设想作为传统表面漫游车的探路者。一架飞行平台的优势在于：更高的速度、更广的范围以及相比于传统的漫游车更大的视野范围。火星表面呈现出独一无二的挑战，因为它表面的多样性和崎岖不平，这将限制传统的漫游车到达许多值得高度关注兴趣点的机动性。例如，让轮式漫游车去探索小火星沟中源头和沿着火星峡谷悬崖面分布的土壤似乎是不可能的。然而探索这些特征对于了解它们形成和水在火星过去和现在扮演的角色至关重要[1]。一个飞行器将会拓宽我们的探索能力。一架星际飞行器将会移除穿过危险的巨石散落地区或击中不可能绕过障碍物的挑战。一架理想的火星飞行器将是拥有从着陆区

5、垂直起飞，穿过并且在具有高科研兴趣崎岖上方悬停，收集科学数据的能力。为了这个任务，在过去，不同的飞行平台已经被提出来。自1960年起，火星探测就被通过三种方式进行：略过，环绕以及着陆/漫游。然而，在过去的二十年里，已经有很多的研究聚焦于探索新概念飞行器的可行性，这些飞行器将通过高分辨率成像、下放探针或传感器、采集微小样品、作为探路者以及进行高危险性任务等方式来提升火星表面探索的能力。这些研究关注点在于三种不同的概念：比空气轻的飞行器、固定翼飞行器以及旋翼机。这些飞行器的采用将取决于任务的类型以及财务预算。例如，这里已经有很多通过实验和分析研究来设计/构建用于火星环境的比空气轻的概念机（热

6、气球/飞艇）。这里最大的挑战在于满足对于在火星大气环境中轻型热气球的平衡要求以及承受在展开和膨胀过程中的瞬态负载。俄罗斯/法国的“火星空气飞行器”项目（1987-1995年）首先采取的主要措施之一，其目标是将气球系统（Aerostat）发射火星大气中，并在火星表面上飞行10天，进行原位科学探索[3]。拟议的空气飞行器将在距离地面4公里的高度漂浮5500立方米圆柱形超压外壳。但是，这个项目是在取得重大特破之前便在1995年被取消了。喷气推进实验室的火星气球验证计划（MABVAP）的另一项重大工作，该工作是1997年8月发起，旨在开发和验证火星任务所需的关键技术[4]。MABVAP的三个主要

7、组成部分是验证空中展开和膨胀，超压热气球设计和开发新的仿真工具。作为该计划的一部分，从1997年到2002年，制造和测试了一些超压气球。其次是联合喷气推进实验室（JPL），Wallops飞行设施和近空间公司进行研究成为称为“超级-M”的工作。2006年，SUPER-M队对火星全尺寸原型气球进行了成功的空中展开和膨胀测试[5]。这些测试发生在31公里高度的地球平流层，在那里低气压密度与火星表面附近的大气密度相当，主要技术重点是进行空中