四旋翼无人机旋翼-机身非定常气动干扰特性

作     者：朱毅飞 林德福 莫雳 叶建川 

作者机构：北京理工大学宇航学院 北京理工大学无人机自主控制技术北京市重点实验室 

出 版 物：《兵工学报》 (Acta Armamentarii)

年 卷 期：2021年

核心收录：

学科分类：08[工学] 082503[工学-航空宇航制造工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

基　　金：国家自然科学基金项目（U1613225） 

主　　题：四旋翼 机身 非定常气动干扰 计算流体力学 模态分析 

摘      要：四旋翼无人机的旋翼对机身构成非定常干扰，影响整机的动力学特性。针对此问题，采用计算流体力学(CFD)计算方法，在刚体假设和不可压流假设下获得无人机机身在前飞工况下受力和力矩的非定常变化情况，并进行风洞实验，验证CFD方法的合理性和计算结果的准确性。采用快速傅里叶变换方法，得到机身所受旋翼气动干扰的模态，从而在干扰力和力矩的变化频率和大小方面进行分析。结果表明，机身所受旋翼的气动干扰与旋翼的转速相关，并且可以由一个5阶傅里叶级数较好地拟合，且相对于后旋翼，前旋翼对机身的气动干扰更强。经过简化，单1阶模态的傅里叶级数可以描述升力变化的主要特点，1～3阶模态的傅里叶级数可以描述阻力变化的主要特点，俯仰力矩的周期变化规律可以用单2阶模态的傅里叶级数描述，变化细节可以用1～4阶模态的傅里叶级数描述。