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无人机变后掠翼机构设计及仿真实验研究

程勇  
【摘要】: 无人机可变后掠翼技术是近年来飞行器研究领域非常重要的课题之一。高机动性可变后掠翼无人机在跨声速方面有着较为突出的优点,它可以有效改善无人机的气动性能,增大无人机飞行临界马赫数,在无人机超声速飞行时,可以改变空气激波阻力的不利影响,因此受到了国内外高度重视。无人机可变后掠翼技术主要体现在变形机构的设计上,传统的无人机后掠翼结构大致有:液压传动式、丝杆传递式、滑块摇杆机构等。 本文结合当前无人机变后掠翼驱动机构的发展趋势,设计了一种基于单曲柄双摇机构,改变无人机的后掠角。通过电机驱动蜗轮蜗杆,驱动曲柄机构运动,改变无人机机翼状态。结构简单、轻便,传动效率较高。 高机动可变体飞行器必须满足高效、稳定、轻质的要求,以及在变形过程中始终保持两侧机翼的对称性。单曲柄双摇杆机构运动两侧运动状态的不对称性,决定了两侧转角误差的存在。本文首先建立了该机构的数学模型,通过数学模型优化了机构杆件尺寸,使机翼转角误差最小化。在优化设计结果的基础上建立了整体机构的SolidWorks三维模型,导入ADAMS分析软件中,对整体机构作了相应的运动学和动力学仿真分析。运动学仿真实验显示:进过尺寸优化设计后,两侧机翼转角误差减小到0.7°以内,机翼转动速度较均匀;动力学仿真结果显示:在翼根受到变化气动力矩时,曲柄所需提供的力矩均匀,没有较大突变。 为了进一步了解整机后掠翼效果以及经行下一步实验的需要,根据空气动力学相似性法则,设计并制作加工了变后掠翼缩比模型。其中包括传动方式的设计、连接件设计、机翼设计。探讨并解决了设计过程中出现的干涉问题,连接问题,并对杆件的强度经行了校核。 最后在制作加工出的缩比模型基础上,进行了后掠翼转角实验,通过描点的方式得到了机构真实的转角误差。分析得出,机构的加工精度和安装精度对后掠翼变形过程影响较大,主要是使得两侧转角误差加大,这样会影响无人机飞行稳定性和控制难易程度。因此,杆长尺寸及其加工精度显得尤为重要。 论文最后还给出了下一步的工作内容。主要是无人机后掠翼的风洞实验,从而进一步的验证基于曲柄连杆机构后掠翼无人机的整体气动性能。


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