小型电动垂直起降飞行器推进系统性能分析.pdf

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1、第37卷第3期国防科技大学学报Vo1．37No．32015年6月J0URNALOFNAT10NALUNIVERSITYOFDEFENSETECHNOLOGYJun．2015小型电动垂直起降飞行器推进系统性能分析王波，侯中喜，汪文凯(国防科技大学航天科学与工程学院，湖南长沙410073)摘要：小型电动垂直起降飞行器的悬停续航性能取决于推进系统的性能。基于电池、电机、电调的质量模型和螺旋桨的推力一功耗关系，利用电池的恒流放电模型建立了垂直起降飞行器的续航时间评估模型，分析了推进系统参数和有效载荷对飞行器续航性

2、能的影响规律，研究结论可用于电动垂直起降飞行器的总体设计和推进系统选型。关键词：电动推进系统；垂直起降飞行器；悬停续航时间；载荷能力中图分类号：V212．13文献标志码：A文章编号：1001—2486(2015)03—084—07Performanceanalysis0fpropulsionsystemofminiatureelectric-poweredverticaltakeofandlandingairvehiclesWANGBo，HOUZhongxi，WANGWenkai(CollegeofAer

3、ospaceScienceandEngineering，NationalUniversityofDefenseTechnology，Changsha410073，China)Abstract：ThehoverdurationperformancesofminiatureVTOL(VerticalTakeoffandLanding)airvehiclesdependontheperformanceofpropulsionsystem．Basedonthemassmodelsofbattery，motoran

4、dESC(ElectronicSpeedController)，andtherelationshipbetweenprovidedforceandrequiredpowerofpropeller，thedurationcalculationmodelofverticaltakeofandlandingairvehicleswasestablishedbyusingthebatteryconstant-currentdischargemode1．Theinfluenceofpropulsionparamet

5、ersandpayloadonvehicledurationisanalyzed，whichwouldbeusedforpreliminarydesignofVTOLa／rvehiclesandcomponentsselectionofpropulsionsystem．Keywords：electricpropulsionsystem；verticaltakeofandlandingairvehicle；hoverduration；payloadcapacity相对于固定翼飞行器而言，垂直起降(verti

6、calVTOL飞行器中，技术相对成熟，且适合进行takeofandlanding，VTOL)飞行器能够在自身动小型化、无人化设计的主要是单轴或多轴直升机，力系统的作用下完成垂直起降，不再依赖于跑道以及尾坐式飞行器【3J。基于重量、体积、成本和噪或者复杂的弹射、回收装置，适合在城市街区、前声等方面的约束，以及可行性、复杂性、安全性和模线阵地和灾害现场等复杂环境下执行各种飞行任块化设计等方面的考虑，微小型VTOL飞行器常采务。独特的空中定点悬停能力，使得VTOL飞行用BEMP(Battery，Electron

7、icspeedcontrol，Motor器在空对地的搜索、侦查和监视等任务领域的优andPropeller)推进系统，该系统一般包括电池、电势十分明显。调、无刷直流电机和定距螺旋桨。和其他微小型微小型无人VTOL飞行器重量轻、体积小、成飞行器一样，小型VTOL飞行器目前面临的主要本低，使用和维护方便，安全性高，复杂空域中的问题之一是续航能力严重不足。一方面，与固任务执行能力突出，具有较好的市场需求和应用定翼飞行器相比，此类飞行器的负载能力相对较前景。2011年福岛核事故和2014年云南地震的小，除去有效载

8、荷占掉的部分，有限的能源载荷难现场勘察和救援过程中都使用了小型四轴VTOL以支撑长时间的飞行；另一方面，这种依靠桨盘承飞行器；俄亥俄大学设计了搭载有激光雷达导引载重量的飞行方式，其效率要明显低于翼载飞行，系统的四轴VTOL飞行器，可在没有惯性导航和滞空状态下，相同重量情况下的能耗要高得多。卫星导航的情况下穿梭于城市街道l1；美国航空为了简化分析过程，本文的续航和滞空专指悬停航天局计划在金星和火星的探测活动中采用飞行。VTOL飞