倾转四旋翼飞行器概念设计研究

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1、中图分类号：V211.4论文编号：102870118-S201学科分类号：082520硕士学位论文倾转四旋翼飞行器概念设计研究研究生姓名杜心田学科、专业飞行器设计研究方向直升机总体设计指导教师李建波研究员南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringResearchonConceptualDesignofQuad-TiltRotorAircraftAThesisinFlightVehicleDesignby

2、XintianDuAdvisedbyProf.JianboLiSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保

3、存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要飞行器概念设计是飞行器总体设计中的第一阶段，是总体方案设计的基础，其任务是找到一个或多个满足设计要求的初始方案，并确定主要的总体参数和气动布局，是一个从无到有的过程。倾转四旋翼飞行器概念新颖，缺少设计和机型经验数据，传统概念设计中的统计分析法不适用于倾转四旋翼飞行器。因此，本文针对倾转四旋翼飞行器构型的特点，提出了基于优化方法的总体参数与气动布局的概念设计方法，可以用于倾转四旋翼飞行器的总体方案设计。本文首先基于倾转旋翼飞行器重量预估模型，考虑倾转四旋翼飞行器特点，建立了适用于倾转四旋翼

4、飞行器构型的重量预估模型，以XV-15倾转飞行器为算例，进行了重量模型的验证和参数敏感性分析；然后根据倾转四旋翼的特殊构型，分别建立了直升机模式和固定翼模式下的需用功率计算模型，提出了各种飞行模式的飞行性能计算方法，以XV-15倾转飞行器为算例进行模型和方法的验证。本文提出了基于优化设计的倾转四旋翼飞行器总体参数设计方法。首先，根据任务性能要求，采用燃油比例平衡法，初步确定了飞行器的空机重量和燃油质量。在此基础上，初步确定了飞行器的旋翼半径、旋翼实度、机翼面积及展弦比等总体参数。然后集成重量预估模型与飞行性能计算模型，采用遗传算法，进行总体参数的优化设计。同时根据倾转四旋翼飞行器的重心要求

5、和构型本身的气动特性，进行倾转四旋翼飞行器的内部布置、传动系统与气动布局的研究。本文对倾转四旋翼飞行器稳定特性进行了分析。先以动量叶素原理建立旋翼的气动模型，然后考虑到旋翼尾流对机翼的气动干扰，将机翼部分对滑流区与非滑流区进行分段建模，结合其他部件的气动模型，建立起整机的飞行动力学模型。然后，对倾转四旋翼飞行器的直升机模式、倾转过渡模式和固定翼模式下的稳定特性进行了分析，验证了总体参数以及构型的可行性。关键词：倾转四旋翼，概念设计，重量模型，飞行性能，飞行动力学模型，稳定性分析I倾转四旋翼飞行器概念设计研究ABSTRACTConceptualdesignisthefirststepofai

6、rcraftdesignandthebasisofoveralldesign.Thetaskofconceptualdesignistofindoneormoreinitialsolutionthatmeetsthedesignrequirementsandthedesignspecifications,aswellastheirmainparametersandaerodynamicconfiguration,andisadesignprocessfromscratch.Thequad-tiltrotoraircraftisnovelinconcept,lackingindesignan

7、dexperiencedata,andstatisticalanalysisintraditionalconceptualdesignisnotsuitableforquad-tiltrotoraircraft.Therefore,thispaperpresentsaconceptualdesignmethodofgeneralparametersandaerodynamiclayoutbasedonoptimizati