農(nóng)用無人旋翼機(jī)旋翼系統(tǒng)氣動(dòng)分析與試驗(yàn)研究.pdf

1、糧食的安全生產(chǎn)是我國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，是國(guó)家強(qiáng)盛的有力保障。近年來病蟲害發(fā)生頻繁，對(duì)農(nóng)作物的產(chǎn)量與質(zhì)量造成了嚴(yán)重影響。能夠及時(shí)有效的噴灑農(nóng)藥是防治病蟲害發(fā)生的重要措施，因此植保作業(yè)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)植保模式勞動(dòng)強(qiáng)度大，作業(yè)成本高，資源利用率低，作業(yè)人員中毒事件時(shí)常發(fā)生，已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展模式。無人機(jī)航空植保作業(yè)飛行高度低、藥物漂移少、靈活性強(qiáng)，現(xiàn)在越來越受到政府與百姓的青睞。無人旋翼機(jī)的旋翼通過相對(duì)來流作用進(jìn)行

2、自轉(zhuǎn)，產(chǎn)生升力，具有載重量大、低空性強(qiáng)、造價(jià)低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操控便捷、故障率低、安全性高等特點(diǎn)，因此無人旋翼機(jī)更能適應(yīng)農(nóng)業(yè)航空植保作業(yè)要求。研究旋翼機(jī)旋翼系統(tǒng)氣動(dòng)特性對(duì)于無人旋翼機(jī)后期研制開發(fā)和其在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用具有重要意義。
　　本文在介紹旋翼機(jī)研究背景及其特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)旋翼系統(tǒng)預(yù)轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)進(jìn)行理論分析，利用計(jì)算流體力學(xué)方法對(duì)預(yù)轉(zhuǎn)旋翼流場(chǎng)進(jìn)行模擬仿真分析，并對(duì)旋翼進(jìn)行預(yù)轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)試驗(yàn)研究，主要工作內(nèi)容如下:
　　(1)從運(yùn)動(dòng)學(xué)

3、和動(dòng)力學(xué)兩方面對(duì)旋翼系統(tǒng)工作機(jī)理進(jìn)行分析，建立自轉(zhuǎn)旋翼數(shù)學(xué)模型，分析了預(yù)轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)工作狀態(tài)下不同工作參數(shù)對(duì)旋翼氣動(dòng)特性產(chǎn)生的影響。
　　(2)利用GAMBIT軟件對(duì)旋翼流場(chǎng)劃分網(wǎng)格，導(dǎo)入CFD軟件FLUENT中，選擇標(biāo)準(zhǔn)的k-ε湍流模型，采用SIMPLE算法，對(duì)旋翼預(yù)轉(zhuǎn)時(shí)周圍流場(chǎng)分布情況進(jìn)行數(shù)值模擬分析。結(jié)果表明:旋翼上下表面壓力差隨著槳距角和前傾角的均增大呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，隨著轉(zhuǎn)速的增大呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)。
　　(3)以槳距角

4、、前傾角、轉(zhuǎn)速為試驗(yàn)因素，預(yù)轉(zhuǎn)升力、消耗功率為試驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行了單因素和多因素試驗(yàn)。結(jié)果表明:各因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響是顯著的，各因素交互作用是對(duì)預(yù)轉(zhuǎn)升力和消耗功率影響的主次順序均為:轉(zhuǎn)速＞槳距角＞前傾角。優(yōu)化出各因素的最優(yōu)組合，即:槳距角8°，前傾角3.5°，轉(zhuǎn)速390r/min。
　　(4)對(duì)旋翼進(jìn)行自轉(zhuǎn)試驗(yàn)，擬合出各因素與試驗(yàn)指標(biāo)的數(shù)學(xué)模型，分析交互作用時(shí)各因素對(duì)兩個(gè)試驗(yàn)指標(biāo)影響作用的大小關(guān)系，均為:風(fēng)速＞槳距角＞后倒角。對(duì)各因素