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油动四旋翼飞行器的力学性能分析

油动四旋翼飞行器的力学性能分析

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作者：孙晓恒沈阳工业大学

学位级别：硕士

多旋翼飞行器是近些年兴起的机型,其功能众多、环境适应性强、起降灵活,在军事、农业、消防等领域均有广泛应用。油动旋翼飞行器由于高载重和长航时的突出优点,使其拥有良好的发展前景。但是目前大部分研究人员都致力于飞行器在飞行控... 详细信息

多旋翼飞行器是近些年兴起的机型,其功能众多、环境适应性强、起降灵活,在军事、农业、消防等领域均有广泛应用。油动旋翼飞行器由于高载重和长航时的突出优点,使其拥有良好的发展前景。但是目前大部分研究人员都致力于飞行器在飞行控制方面的研究,在其力学性能分析方面并不成熟,飞行器的稳定性有待提高。本文针对一种重载油动四旋翼飞行器进行力学性能的分析。在详细分析了重载油动四旋翼飞行器的结构特点和飞行原理后,对发动机、机架、齿轮箱-支臂组件等进行简化和有限元前处理,随后对其进行力学分析。基于有限元求解理论,首先采用Lanczos特征值求解器对飞行器进行自由模态求解,验证整体结构是否会发生共振;再根据飞行器的受力条件,对其进行了静力学分析,得到了结构的受力和变形云图,并通过校核公式验证了结构强度和刚度的合理性;随后对齿轮箱-支臂组件进行了模态分析,得到该位置处的固有频率和振型,并运用Runge-Kutta法对该位置进行不同情况下的动力学方程的求解,得到了振动加速度的影响因素和变化规律,表明合理添加斜支撑可有效降低振动。通过试验对齿轮箱-支臂组件进行了振动加速度的测试,得到不同转速下的振动情况。基于傅里叶变换对采集的时域数据进行频域的转换,并结合以上模态分析结果得到共振频率,确定了结构危险的部位,由于薄壁心轴长径比过大而容易发生弯曲振动,适当减小了心轴长径比,改变其模态频率,避开激励频率的倍频和分倍频,防止结构发生共振。仿真结果表明,飞行器整体模型在自由运动时不会发生共振;在静力状况下,结构满足强度要求和刚度要求,不会发生破坏;在齿轮箱-支臂组件处,依据仿真与试验结果,明确了振动的影响因素,合理添加了斜支撑杆,实现了减振,并对心轴直径进行了优化,避开共振区域。利用CAD/CAE技术和求解动力学方程的方法,并结合试验进行了验证。实现了结构设计、分析和优化一体化,提高了设计的准确性,降低了研发成本,为重载油动四旋翼飞行器的设计和改进提供了有力参考。

关键词：重载油动四旋翼飞行器力学分析动力学方程振动加速度结构优化

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