【摘 要】
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多旋翼飞行器当前的应用范围越来越广,微型化是其中一个重要的发展方向,气动性能是多旋翼飞行器设计中的重中之重,而气动布局将对性能产生举足轻重的影响。本文选取微型多旋翼飞行器中常见的四旋翼布局为研究对象,综合考虑相邻旋翼间距、转速、拉力、功耗等气动参数,对本文所研究四旋翼的气动布局进行优化。首先对微型四旋翼飞行器的工作环境进行了介绍,从空气动力学的角度推导了微型四旋翼气动性能分析的相关理论;其次建立了
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多旋翼飞行器当前的应用范围越来越广,微型化是其中一个重要的发展方向,气动性能是多旋翼飞行器设计中的重中之重,而气动布局将对性能产生举足轻重的影响。本文选取微型多旋翼飞行器中常见的四旋翼布局为研究对象,综合考虑相邻旋翼间距、转速、拉力、功耗等气动参数,对本文所研究四旋翼的气动布局进行优化。首先对微型四旋翼飞行器的工作环境进行了介绍,从空气动力学的角度推导了微型四旋翼气动性能分析的相关理论;其次建立了适用于微型旋翼流场的数值模拟方法,并通过结构简单的单旋翼试验验证了该方法的有效性与准确性;接着搭建了四旋翼试验台测量了不同间距、不同转速下的旋翼系统的拉力与功耗,分析了间距与转速对四旋翼气动性能的影响,并测试了最佳气动布局下的四旋翼抗水平来流干扰的能力;最后使用验证有效的数值模拟方法分析了四旋翼的流场,并从压强与流线的分布情况对试验结果进行了验证与补充。研究结果表明:（1）本文研究所用的翼型在低雷诺数下具有较好的悬停性能;（2）旋翼主要拉力由桨尖处产生,桨尖处的负压区也对拉力的产生有一定影响,但其主要来源是上下翼面之间的压差;（3）四旋翼在低转速下拥有更高的功率载荷;（4）间距比l/d=1.6在大部分转速范围内都拥有较高的拉力且不会耗费过多功率,是四旋翼的最佳气动布局;（5）水平来流一定程度上可以提高四旋翼的拉力水平,且不会额外耗费过多的功率。整体上来看,四旋翼在面对三级风以内的水平来流作用时可保持良好的抗风扰性能。
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