1 助理教授,2,3,4 本科生 1,2,3,4 机械工程系,1,2,3,4 戈达瓦里工程技术学院,Rajamundry-533296,安得拉邦,印度 摘要:遥控的重要性日益增加,这刺激了能够飞行的无人驾驶飞行器 (UAV) 的发展,从小型昆虫大小的无人机到大型传统飞机。这些无人机在农业、监视、环境监测、搜索和救援、航空摄影、基础设施检查和科学研究领域有着广泛的应用。本研究旨在通过使用完全自动化的工作流程提高 0 度攻角 (AOA) 下的升阻比来优化固定翼无人机的气动形状。我们的研究包括遗传算法 (GA),它模仿自然选择的进化过程以在复杂的问题空间中发现最优解,以及 PyFluent,一种强大的计算流体动力学 (CFD) 工具。这项工作分为三个阶段:初始阶段、优化阶段和模拟阶段。最佳翼型配置在 0 度 AOA 时实现 24.8 的升阻比,特别是在 40 m/s 的速度下。索引术语 - 无人机、升阻比、0 度 AOA、遗传算法 (GA)、PyFluent I. 简介
图 21 翼尖有垂直尾翼时升阻比与偏航角及 AOA 相互作用。 57 图 22 垂直尾翼位于机翼侧面时偏航角和 AOA 对升阻比的相互作用......................................................................................................................... 58 图 23 垂直尾翼位于翼尖时 AOA 和偏航角对 CYM 影响的 3D 绘图......................................................................................................................... 58 图 24 垂直尾翼位于机翼侧面时 CYM 的 AOA 和偏航角 3D 绘图......................................................................................................................... 59 图 25 推进分析中电流和 AOA CD 影响的 3D 绘图..................................................................................................................... 5 ........................ 61 图 26 未使用推进系统时 A O A 对 CL 的影响 .............................................................. 61 图 27 带推进系统且电流 = 10 AMPS 时 A O A 对 CL 的影响 ................................................................................................................ 62 图 28 未使用推进系统时左侧控制面偏转对 C RM 的影响 ................................................................................................................................ 63 图 29 带推进系统且电流 = 10 AMPS 时左侧控制面偏转对 C RM 的影响 ................................................................................................................
重力辅助机动已应用于许多太空任务,用于在接近天体后改变航天器太阳中心速度矢量和轨道几何形状,从而节省推进剂消耗。可以利用额外的力量来改进机动,例如航天器与大气相互作用和/或推进系统产生的力;减少飞行时间并减少多次绕过次级天体的需要。然而,这些应用需要改进关键子系统,而这些子系统对于完成任务必不可少。本文对重力辅助的几种组合进行了分类,包括使用推力和空气动力的机动;介绍了这些变化的优点和局限性。分析了在高海拔地区实施低升阻比对航空重力辅助机动的影响,包括有推进力和无推进力。由于金星和火星与行星际任务的相关性、对探索的兴趣以及对其大气的了解,因此模拟了这些机动。在高海拔地区,低升阻比的气动重力辅助机动使金星的转弯角度增加了 10° 以上,火星的转弯角度增加了 2.5°。与重力辅助相比,这种机动使能量增益增加了 15% 以上。从技术成熟度来看,目前的太空技术发展水平使得在短期内应用高海拔气动重力辅助机动成为可能。关键词天体动力学;航天器机动;大气;轨道传播;空气动力;行星际飞行;绕行。
这个词最初仅指鸟类的前肢,但后来扩展到包括昆虫的翅膀(见昆虫翅膀)、蝙蝠、翼龙和飞机。该术语还适用于赛车中用来产生下压力的倒置机翼。机翼的空气动力学质量用升阻比来表示。机翼在给定速度和迎角下产生的升力可以比阻力大 1-2 个数量级。这意味着可以施加明显较小的推力来推动机翼在空中飞行,以获得指定的升力。固定翼飞机,通常称为飞机、飞机或简称飞机,是一种能够利用向前运动飞行的飞机,当机翼在空中移动时会产生升力。飞机包括喷气发动机和螺旋桨驱动的车辆,它们通过推力向前推进,以及无动力飞机(如滑翔机),它们使用热气流或暖气袋来获得升力。固定翼飞机不同于扑翼机,扑翼机的升力由扑翼产生,而旋翼机的机翼则围绕固定桅杆旋转。在英国和英联邦的大部分地区,“飞机”一词
图表列表 第页 图 1-1 通用原子公司城市磁悬浮车辆采用以 Halbach 阵列配置排列的永磁体实现悬浮和推进 ............................................................................. 1-2 图 1-2 双 Halbach 阵列悬浮磁铁可提高升阻比,并提高主悬挂系统的刚度......................................................................... 1-2 图 1-3 试验轨道现场鸟瞰图 ......................................................................................................... 1-3 图 1-4 已完成的 120 米试验轨道基础和第一个 15 米导轨焊接件(左)。右图为已完成并准备翻转的导轨模块..................................................................................................................... 1-4 图 1-5 第一节轨道上已完成的测试底盘..................................................................................................... 1-4 图 1-6 车辆悬浮、推进和引导系统............................................................................................................. 1-5 图 1-7 绞合轨道的半自动焊接工艺可实现一致的接头电阻......................................................................... 1-5 图 1-8 电气室视图,其中装有整流器、变频逆变器和列车保护设备..... 1-6 图 1-9 测试期间的典型间隙和速度曲线将允许对车辆动力学进行评估.............................................
该项目探索了全碳纤维增强聚合物无人机 (UAV) 的商用飞机的经典机翼结构。它是多个研究飞机不同部件的小组合作工作的一部分。本报告的目的是介绍更环保、更高效的 2:1 版 Skywalker X8 内翼结构的设计。为了使飞机尽可能高效,结构需要轻量化。首先使用 XFLR5 近似计算负载,并进行初步设计。然后使用 Ansys Static Structural 程序中的有限元分析 (FEA) 对该设计进行测试。测试的材料是碳纤维/环氧预浸料。机翼的最终设计重 3.815 公斤,由一根翼梁和 1 毫米厚的蒙皮组成。整机重量(包括其他研究小组研制的推进系统和翼尖鲨鳍小翼)为20.262千克,升阻比也经过计算,得出最有效的迎角在2-3°左右。
下压力可用于增加车辆转弯时轮胎的侧向力极限和车辆减速时的制动力极限。空气阻力是决定车辆加速性能的重要因素。前后下压力平衡也有助于车辆稳定性。空气动力学开发的目的是在考虑这三个要素之间的权衡的情况下最大化下压力或升阻比。在开发过程中,使用 50% 比例模型在风洞试验中优化车辆形状,然后使用全尺寸风洞试验验证效果。使用 CFD 和粒子图像测速 (PIV) 同时分析气动现象有助于使模型比例风洞的开发以有效的方式向前推进。在一定程度上,使用 CFD 定量评估气动载荷也成为可能,使其成为能够支持部分优化过程的工具。作为风洞试验和实际在赛道上行驶的车辆之间的桥梁,CFD 的重要性也在日益增加。例如,使用 CFD 再现轮胎因侧向力而变形时的气流,而这在风洞中无法用实际车辆再现,这为在赛道上行驶的车辆周围的气流带来了新的发现。其中一些发现已在风洞试验中得到验证。
下压力可用于增加车辆转弯时轮胎的侧向力极限和车辆减速时的制动力极限。空气阻力是决定车辆加速性能的重要因素。前后下压力平衡也有助于车辆稳定性。空气动力学开发的目的是考虑这三个要素之间的平衡,最大化下压力或升阻比。在开发过程中,使用 50% 比例模型在风洞试验中优化车辆形状,然后使用全尺寸风洞试验验证效果。使用 CFD 和粒子图像测速 (PIV) 同时分析气动现象有助于模型比例风洞的开发以有效的方式向前推进。在一定程度上,使用 CFD 定量评估气动载荷也成为可能,使其成为能够支持部分优化过程的工具。作为风洞试验和赛道上实际行驶的车辆之间的桥梁,CFD 的重要性也在日益增加。例如,使用CFD再现轮胎因侧向力而变形时的气流,而这在风洞中用实车是无法再现的,因此对在赛道上行驶的车辆周围的气流有了新的认识。其中一部分认识已在风洞试验中得到验证。
1.1 复合直升机示例。........................3 1.2 倾转旋翼飞机示例。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3 1.3 前飞对后退叶片速度的影响。.........4 1.4 同轴反向旋转旋翼能够在前飞期间保持每个旋翼的升力不对称,每个旋翼的力矩相互抵消。通过消除后退叶片升力来平衡旋翼力矩的需要,可以缓解后退叶片失速,就像在单旋翼飞行器中一样(左图)[5]。..。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。..4 1.5 兰利全尺寸风洞中的 PCA-2 转子测试装置 [11]。.9 1.6 带有悬臂转子配置的 Meyer 和 Falabella 风洞测试装置 [12]。.............................10 1.7 叶片表面压力端口的展向和弦向位置 [12]。11 1.8 零铰链偏移转子的轮毂组件,显示来自叶片的压力管连接到轮毂内的压力拾取器 [12]。.12 1.9 1965 年詹金斯在兰利全尺寸风洞中的测试装置 [13]。.14 1.10 高前进比时转子推力和 H 力系数与总距 (A0) 的关系,显示总距推力反转 [13]。..........15 1.11 反向速度转子风洞模型中使用的“可逆”翼型截面轮廓 [16]。.........................18 1.12 为反向速度转子风洞模型开发的每转两个斜盘 [16]。.。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。...19 1.13 在恒定盘面载荷下测量的有效转子升阻比,以提高前进比 [16]。.......................21 1.14 升力对总距比与前进比的敏感度变化 [16]。....22 1.15 位于 NASA 艾姆斯研究中心 40 x 80 英尺 NFAC 风洞中的仪表化 UH-60A 空气负载旋翼 [17]。...。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。24 1.16 压力传感器在仪表旋翼叶片上的分布 [17] 24 1.17 UH-60A 减速旋翼风洞试验中明显的集体推力反向趋势 [18]。...................................26 1.18 不同推进比下的升阻比与升力零和正 4 度轴,40% NR [18]。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。27
空气动力学数据和互联网:空气动力学数据有多种形式,阻力、升力、下压力、升阻比、前后空气平衡、热交换器压差等。您可能知道,互联网有好有坏,还有介于两者之间的一切。例如,在真车上测试零件会产生最准确的数据,在没有汽车的自由气流中测试零件会产生非常不准确的数据,因此请研究零件的测试方式。由于速度加倍时空气动力会增加四倍,一些公司会使用更高的速度(如 150 英里/小时)来显示更高的空气动力数字以推广他们的产品,但现实是,赛道上大多数需要空气动力的转弯速度都在 80-120 英里/小时的范围内。关键是要做好功课,不要依赖炒作,避开那些过度夸大其产品的公司,仔细阅读数据,看看他们的数据是否真实,这些数据是如何收集的,设置是什么,等等。