微型飞行器动力装置特性研究.doc

南京航空航天大学
硕士学位论文
微型飞行器动力装置特性研究
姓名:刘颖
申请学位级别:硕士
专业:飞行器设计
指导教师:昂海松
20070301
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
本文针对微型飞行器关键技术之一的动力装置特性进行研究,通过大量试
验,得到较完整的特性数据,并提供系统的动力装置匹配方法。
首先,本文根据常规螺旋桨气动计算方法,结合低雷诺数下微型螺旋桨翼
形气动特性,利用修正后动量法和叶素法组合的方法对微型飞行器在地面静止
条件下的螺旋桨气动特性进行研究,计算出其基本的拉力、扭矩转速特性,为
试验提供理论依据。
接着,依据微型飞行器任务需要对动力装置驱动源进行选择。从理论上研究
驱动源微型无刷直流电动机的电磁特性,在基本电磁公式的基础上,归纳得到
其简化后的稳态特性,并利用微型测功机对四种待定微型无刷直流电动机进行
特性测试,将试验得到的特性数据和计算值比较,得到所需要的电机基本参数。
采用微型螺旋桨测试平台对动力装置在无来流情况下的拉力、扭矩、转速和功
率等特性进行试验研究,总结得到特性曲线。
最后,利用微型风洞对动力装置进行模拟飞行(有风)情况下特性试验。分
别对风速改变以及来流仰角改变下的动力装置进行试验和研究,总结得出模拟
飞行条件下微型螺旋桨工作特性曲线。结合驱动电机机械特性,提出动力装置
飞行过程中的稳定运行条件,并且从微型螺旋桨气动特性出发,研究了动力装
置模拟飞行特性,通过实际飞行试验验证其可行性。
关键词:微型飞行器,动力装置,无刷直流电动机,微型螺旋桨,机桨匹配
I
微型飞行器动力装置特性研究
ABSTRACT
The behavior of a micro aerial vehicle propulsion system by using a great deal
of experiments is studied in this paper. A systemic method for the propulsion system
matching is provided based on data in the experiments.
Firstly, the aerodynamic characteristic of micro propeller with low Reynolds
numbers is studied in this paper. In order pute the micro propeller
aerodynamics approximately, a revised theory bination of momentum theory
and the blade element approach is applied. The elementary behavior of the propeller’s
pull force, torque and rotary speed is also got.
Secondly, a driver of the propulsion system of micro aerial vehicle based on the
mission request is chosen in this paper. And the ic characteristic of a
micro Brushless DC Motor (BLDCM) is studied theoretically. A simpled steady
characteristic of a micro BLDCM is concluded then. An experiment to confirm the
characteristic parameters of four indeterminable motors is made pare with putations. The characteristic curves of the propulsion system in no wind situation
are summarized through lots of tests.
Finally, an experiment of simulating flight is made, which can get different wind
speeds and angles by controlling the micro wind tunnel .And the characteristic curves
of the micro propeller in sim