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《西北工业大学》 2001年
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基于MEMS技术的微型飞机的多学科设计优化

李伟剑  
【摘要】: 尺寸大小约为15厘米的微型飞机(亦称微型飞行器或微型无人机)作为20 世纪90年代才出现的一项新兴微机电系统产品,既能完成战场上小范围的侦察任 务,又能胜任战场以外的许多任务,例如生化探测、监测交通、通信中继、勘察 灾情以及拯救人质等难以替代的独特工作,在众多领域呈现巨大应用前景,现已 成为一项重要的国防研究项目。本文就微型飞机的国内外研究发展现状以及关键 技术进行了研究。主要内容包括: 在对与传统的飞机设计思想比较的基础上,对微型飞行器的有效载荷、推进 系统、翼型的选择、材料选择与布局等方面展开了系统分析。尤其从空气动力学 角度就飞机的结构形式作了较为详细地讨论,确定了微型飞机的结构。 MEMS技术是微型飞机微小型化的必然发展趋势。本文提出了集微传感器、 微致动器、信号处理、控制系统、能源供应系统为一体的微型飞机的系统结构。 同时较深入地研究了基于MEMS技术的微推进系统、微惯性导航装置、微飞行控 制系统的微型飞机。 鉴于微型飞机是一个包含诸多子系统的复杂系统,且子系统之间相互耦合的 特点,在论述了多学科设计优化的算法基础上,运用多学科设计优化的方法研究 了微型飞机的设计,并针对微型飞机当中的空气动力学和结构两个子系统进行了 MDO的优化分析,取得了优化结果。 针对低雷诺数问题这一微型飞机研究当中面临的重要难点之一,从自然界的 仿生原理出发,研究了昆虫、鸟类的低雷诺数现象,确定了微型飞机的雷诺数大 致范围。从空气流体的本质出发,建立的微型飞机的最基本流体模型。同时,针 对低雷诺数的问题,提出了未来微型飞机可采用的各种结构方案。
【学位授予单位】:西北工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2001
【分类号】:V279.2

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