飞行器设计与工程设计说明.doc

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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

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目录

第一章绪论................................................5

1.1微型飞行器简介

1.1微型飞行器简介 5

1.2柔性微型飞行器 6

1.3本文容介绍 7

第二章柔性微型飞行器性能 9

2.1柔性翼微型飞行器受力模型简化 9

2.2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 12

3.1柔性翼微型飞行器受下突风时的稳定性 12

3.2柔性翼微型飞行器受侧突风时稳定性 15

3.3柔性翼微型飞行器受正面突风时稳定性 17

3.4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 20

4.1柔性翼微型飞行器的种类 20

4.2柔性翼四种典型机翼的受力分析 22

4.3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 29

5.1复合材料选择 29

5.2复合材料对应柔性翼受力特点 31

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5.3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 42

6.1柔性翼的模态 42

6.2起落装置对机翼的影响 42

第七章总结与展望 46

7.1本文总结 46

7.2工作展望 46

参考文献 48

毕业设计小结...............................................51

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第一章绪论

1.3本文容介绍

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）

对于此围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：

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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。

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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，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vo（图1）。柔性翼微型飞行器遇到来袭突风Vw，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