农用无人旋翼机设计及雾滴分布试验研究

发布时间：2017-05-29 17:12

  本文关键词：农用无人旋翼机设计及雾滴分布试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着近些年来航空事业的不断发展,农业航空已成为农业领域的重要组成部分,现有的农用航空飞行器主要是固定翼及直升机两种,这两种机型为航空领域中的主流机型,固定翼的特点是高速、效率较高,直升机的特点是可悬停、飞行速度低、能耗高,这两种机型各有特点。然而,在农业领域中,以上两种飞行器也各有缺点,固定翼的跑道要求高,浪费农业土地资源,并且其速度高、喷施漂移大,喷施效果不好;直升机能耗大、维护成本高、效率低。在认识到这两种机型的缺点后,本文采用了旋翼机这一机型进行设计研究,其特点是结构简单、成本低、效率高、可低速飞行、起飞距离短,其飞行特点适用于农业航空领域。并且,本文将其设计为无人旋翼机,以此来减少农药喷施对人体的伤害,并依据其动力学模型建立试验平台,对雾滴分布情况进行研究,主要内容如下:首先,依据旋翼机动力学特性,针对直升机及旋翼机这两种相似模型进行对比分析,确定旋翼机基本设计参数。分析该旋翼机航向稳定性、纵向稳定性、横向稳定性,依据分析结果对旋翼机进行结构设计。分析旋翼机重要的主旋翼桨毂系统的挥舞特性及摆振特性,进行桨毂设计。根据设计参数要求及稳定性分析结果确定动力系统位置及电机参数、起落架模型等。为方便旋翼机在农田中工作,设计可折叠式喷施药杆机构。结构设计完成后按照具体参数进行建模,并将模型导入到ANSYS CFX模块中进行机体流场分析在CFX模块中设定流场条件,验证流体效果,得到仿真结果及验证流体不平衡值。其次,针对喷施关键部件的安装位置及雾滴漂移情况进行分析,本文设计了三因素三水平的中心组合试验,对喷头的安装位置进行优化研究,通过设计喷头与主旋翼高度差、喷头与主旋翼X轴位置、喷头与主旋翼Y轴位置三个因素并进行水平选择,同时设计一组24 24的矩阵进行样品采集,得到喷施漂移量和有效喷幅内质量两组数据,先将数据整合到matlab设计的GUI界面中进行展示,获得雾滴分布范围图表,以此掌握分布规律。最后,将数据导入Design expert中进行分析,通过相应曲面法得到最优解。得到各因素相对漂移量的影响程度依次为:喷头与主旋翼高度差喷头与主旋翼X轴位置喷头与主旋翼Y轴位置;各因素对有效喷幅内质量的影响程度依次为:喷头与主旋翼高度差喷头与主旋翼X轴位置喷头与主旋翼Y轴位置。通过试验结果对喷头位置的优化设计,确定了喷头的位置的最佳安装位置。总结了该气动模型下雾滴分布规律。本文通过设计农用无人旋翼机的结构,对其进行流体分析,结合solidworks、matlab、design expert等软件对结果进行分析,得到喷头安装的最优方案。以此完成整机的合理化设计。
【关键词】：农用旋翼机 无人机 CFX 喷施方案
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V275.1
【目录】：

• 摘要8-9
• 英文摘要9-11
• 1 引言11-23
• 1.1 研究的目的和意义11-13
• 1.2 国内外研究现状及分析13-20
• 1.2.1 国外研究现状13-19
• 1.2.2 国内研究现状19-20
• 1.3 研究的主要内容和方法20-23
• 1.3.1 研究的主要内容20-21
• 1.3.2 研究的主要方法21-22
• 1.3.3 技术路线22-23
• 2 农用无人旋翼机结构设计及机身流场分析23-42
• 2.1 农用旋翼机组成23
• 2.2 旋翼机与直升机特性分析23-26
• 2.3 旋翼机稳定性分析26-31
• 2.3.1 纵向稳定性26-28
• 2.3.2 航向稳定性28-29
• 2.3.3 横向稳定性29-30
• 2.3.4 旋翼倾转桨盘特性分析30-31
• 2.4 设计参数及结构31-35
• 2.4.1 动力的选择及排布32
• 2.4.2 自重设计方案32-33
• 2.4.3 机体起落架的设计方案33
• 2.4.4 旋翼倾转桨盘设计33-34
• 2.4.5 可收缩喷杆设计34-35
• 2.5 旋翼机机架CFX流体分析35-41
• 2.5.1 旋翼机三维模型的建立35-36
• 2.5.2 划分网格36
• 2.5.3 边界条件设定36-39
• 2.5.4 CFX计算结果39-40
• 2.5.5 CFX后处理40-41
• 2.6 本章小结41-42
• 3 喷头相对旋翼位置的试验研究42-65
• 3.1 试验仪器及设备42-44
• 3.2 测试方法44-45
• 3.3 多因素试验设计45-47
• 3.3.1 试验条件45
• 3.3.2 试验准备45-46
• 3.3.3 试验方法46-47
• 3.4 雾滴分布分析软件设计47-50
• 3.4.1 程序设计界面47-48
• 3.4.2 功能实现48
• 3.4.3 图形分析48-50
• 3.5 试验结果及分析50-61
• 3.5.1 试验结果处理方式50-51
• 3.5.2 试验结果51-52
• 3.5.3 数据的处理与分析52-61
• 3.6 雾滴分布均匀性的分析61-64
• 3.7 本章小结64-65
• 4 结论与讨论65-67
• 4.1 结论65-66
• 4.2 讨论66-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-71
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 王焕瑾,高正;自转旋翼的气动优势和稳定转速[J];航空学报;2001年04期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 陈达;柔性桁架式喷杆系统设计及动态仿真研究[D];中国农业机械化科学研究院;2011年

  本文关键词：农用无人旋翼机设计及雾滴分布试验研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：405352