折叠翼飞行器仿真分析与实验研究

作     者：陈三亚 

作者单位：天津理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡文华;刘彦琦

授予年度：2023年

学科分类：080103[工学-流体力学] 08[工学] 080104[工学-工程力学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

主      题：折叠翼飞行器 结构设计 仿真分析 样机模型 试飞试验 

摘      要：折叠翼飞行器可根据不同飞行环境改变机翼的气动外形,实现一机多任务要求。在飞行过程中折叠翼飞行器的机翼构型改变、结构柔性变形以及气动力相互耦合,导致飞行稳定性及操作性受到严重影响。因此,开展折叠翼飞行器仿真分析和实验研究有十分重要意义。论文主要研究内容如下:提出两种用于折叠翼飞行器的折展机构,建立运动学方程。拟定飞行器总体设计参数,选择翼型,利用三维建模软件完成折叠翼飞行器的设计与建模,进行运动仿真分析,分析并验证结构设计的合理性。通过ANSYS对关键承力结构进行强度校核。简化折叠翼飞行器三维模型,基于CFD开展气动仿真分析,得到不同折叠角度不同攻角下模型的气动数据和压力云图,将气动数据绘制成气动曲线和气动曲面,分析折展过程中飞行器的气动特性变化规律。通过MATLAB拟合气动数据,得到折叠翼飞行器包含折叠角度和攻角的气动模型。搭建刚柔气动耦合仿真平台,对折叠翼飞行器动态折展过程进行仿真分析。对折叠翼飞行器的流场压力云图和翼剖面压力曲线进行分析,得到折展过程中飞行器的气动特性变化规律。对机翼的应变、应力和变形云图进行分析,研究机翼的结构响应特性以及流场变化引起的刚柔气动耦合效应。加工制作两种折叠翼飞行器的样机模型,对样机模型开展地面实验,获取折展过程中的运动参数,通过结构振动实验获取不同折叠角度时的固有频率。基于PIXHAWK采集数据,开展试飞试验,观测飞行器的运动规律和飞行高度变化曲线,对比验证气动仿真结果。