飞行器设计与工程毕业设计

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1、摘要柔性翼微型飞行器的气动特性，结构特性，气动弹性等问题关键字：微型飞行器，柔性翼，复合材料，抗风能力目录第一章绪论51.1微型飞行器简介51.2柔性微型飞行器61.3本文内容介绍7第二章柔性微型飞行器性能92.1柔性翼微型飞行器受力模型简化92.2柔性翼微型飞行器预想效果10第三章柔性翼微型飞行器的突风特性123.1柔性翼微型飞行器受下突风时的稳定性123.2柔性翼微型飞行器受侧突风时稳定性153.3柔性翼微型飞行器受正面突风时稳定性173.4柔性翼微型飞行器抗风能力综合19第四章柔性翼微型飞行器的结构选型204.

2、1柔性翼微型飞行器的种类204.2柔性翼四种典型机翼的受力分析224.3综合柔性翼受力优缺点27第五章柔性翼微型飞行器机翼材料295.1复合材料选择295.2复合材料对应柔性翼受力特点315.3布局的最终选择和机翼预变形的设计36第六章柔性翼微型飞行器其它特性426.1柔性翼的模态426.2起落装置对机翼的影响42第七章总结与展望467.1本文总结467.2工作展望46参考文献48毕业设计小结51第一章绪论1.3本文内容介绍本文针对的是就微型垂直起降飞行器的自身特点来结合柔性翼的抗风特性，灵活的综合两大特色来提高微型

3、飞行器的适应性和生存能力。根据垂直起降无人机的设计概念以及要求本文将对任务要求如下所列举的微型飞行器作为主要研究对象：翼展b=250mm小展弦比A=2左右低雷诺数10e5数量级巡航速度20m/s（72km/h）巡航高度200m续航时间>30min（巡航10min，盘旋20min）对于此范围内的微小型飞行器柔性机翼的各种研究。因为现在的材料强度一般能承受飞行器的结构问题，所以在不做任何其它额外的外形设计及结构调整的情况下，基本外形如下图所示：图1–5单桨拉进式微型飞行器本为出简单的介绍柔性微型飞行器外，还将深入研究柔性

4、机翼的其他特点特性。其中包括柔性翼飞行器机翼简化模型下的受力，在各典型突风情况下（正面突风、侧面突风、下突风）对比刚性机翼的变形；柔性翼的各项变形所带来的收益以及引起的性能降低；结合复合材料运用patran计算机翼变形，还有各种形式布局的机翼的优缺点；结合实际的抗风能力以及变形特点来最后择优选择的柔性翼形式；最后联系全机的起降特点，对柔性翼在任务中不同阶段时受力变形进行分类系统化的研究；最后总结全文，提出需要改进的方面，为后续的研究做铺垫。第二章柔性微型飞行器性能2.1柔性翼微型飞行器受力模型简化柔性翼微型飞行器在飞

5、行中受气动力的作用，会产生自适应的翼面变形，因此不但具有非操作反应适当和失速性能好等众多优点，还能提高低雷诺数条件下的气动效率和飞行稳定性。下面就柔性翼微型飞行器机翼飞行性能以及结构受力特性进行分析，为柔性翼飞行器的气动特性以及其他相关性能研究做铺垫。柔性翼的气动计算不仅涉及复杂的气动计算问题，同时还要耦合结构的变形问题，首先要计算微型飞行器机翼上的气动力，得出结果带入特定的结构方程，计算出结构的变形，反过来结构的变形又使得气动力改变，是一个互相影响的非定常过程，即使在定常来流下，结构也是一直在振动的，在突风来流下，

6、情况变得更加复杂，因此研究时必须引入一定的简化。为研柔性翼载突风时受力变形的本质以及给飞行器本身带来的影响，我们从简化的模型入手。在空中飞行时，飞行器所受的空气动力主要来源有以下两个部分：（1）飞行器表面的压力；（2）飞行器表面的剪应力（摩擦应力）。假设飞行器对称的穿越突风，且不考虑摩擦应力，此时的地面固定坐标轴系，以及飞行器机体坐标轴系OXYZ，飞行器在正常飞行时速度分量在地面固定坐标系xoy平面的分量为（图1）。柔性翼微型飞行器遇到来袭突风，在地面固定坐标系中的分量分别和。此时，在图中我们可以看到，由于受到突风的

7、影响，柔性翼微型的迎角以及侧滑角相对于突风前发生了变化，假定分别将产生了αw和βw的改变量。针对此小迎角、低风速、低空下的机翼所产生的升力可以简单的表示为：（1-1）其中：ρ为海平面大气密度；v为气流的速度；为升力系数；S为机翼面积；为升力线斜率；a为迎角。图2-1飞行器的坐标系图由上述公式可以看出，微型飞行器在突风情况下，相同时，对升力唯一有影响的就是飞行器此时的迎角a，在突风时，微型飞行器的实际迎角是，即飞行器的突风迎角将影响飞行器在突风时的升力大小，而升力的大小对飞行器最直接的影响就是飞行姿态，越小，姿态的变化

8、将越小。从而得出结论：在突风一定的情况下，对于其他条件相同的两架微型飞行器，采用柔性机翼能有效减小飞行器的大小，则能产生更小的飞行姿态变化，恢复原有飞行状态的能力变强，即提高飞行器的抗风干扰性强。2.2柔性翼微型飞行器预想效果首先我们的飞行器具有一般微型飞行器所共有的特点，即重量轻，体积小，易于携带，造价低，隐蔽性好，等。任务剖面图如下所示：图