垂直起降固定翼无人机研究

垂直起降固定翼无人机研究

垂直起降固定翼无人机是一种有效结合多旋翼无人机垂直起降能力和固定翼无人机高效巡航能力的无人机。因其独特的起降-巡航性能,垂直起降固定翼无人机在军事侦察、边海防无人值守、战场态势获取等军事应用领域,及输油输电管线检测、复杂空域快速投送、航拍测绘等民用领域都具有极大的应用前景。

垂直起降固定翼无人机大致可分为复合倾转式,倾转旋翼式,动力复合式及尾座式四类。当前对垂直起降固定翼无人机的研究大多数都集中在各类型的总体设计及其改进上,而对几种类型无人机的性能对比研究相对较少。

且因尾座式与前三种类型在总体设计和控制原理上差异较大,故本文主要对复合倾转式,倾转旋翼式,动力复合式三种类型进行对比分析研究。本文首先对国内外已有的复合倾转式,倾转旋翼式,动力复合式三种无人机进行分类总结。

归纳分析各自的发展历程和研究动向,对比分析各自的优缺点和技术瓶颈,从而为进一步的研究设计和性能分析提供依据。而后根据具体的设计指标设计出飞翼复合倾转无人机、分布式倾转旋翼无人机、大展弦比复合式无人机三型对应种类的无人机总体方案。

并介绍了三型无人机的操纵方式和典型飞行状态。而后本文利用xflow气动软件对三型无人机的升阻力特性和三维气动特性进行了分析对比,同时分别对飞翼复合倾转无人机翼尖垂尾、分布式倾转旋翼无人机过渡状态和大展弦比复合式无人机过渡状态进行了重点分析。

并利用ANSYS软件WORKBENCH模块对大展弦比复合式无人机机翼结构强度进行有限元仿真分析,得到了机翼的形变云图和安全系数云图。最后对无人机的整体重量,功耗和航时进行了分析和计算。

在设定三型无人机起飞重量和载荷相同的前提下对无人机的航时进行了重点对比,得到了最大航时的布局设计。最后根据航时和具体设计对各设计布局进行性能评价和最优评定,同时也为同类型垂直起降固定翼无人机的设计提供参考和技术支撑。