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高空长航时无人机综合优化设计

作者：邢博 Publish: 2007-5-23 Hits:-

【中文题名】

高空长航时无人机综合优化设计

【英文题名】

【学科专业】

飞行器设计

【论文级别】

硕士论文

【投稿时间】

2007-5-23

【中关键词】

高空长航时无人机,总体设计,气动布局,优化设计,,

【英关键词】

HALE UAV,the design of configuration parameter,the pneumatic layout,optimal design,

【分类导航】

航空、航天>航空>各类型航空器>无人驾驶飞机>>

【论文摘要】

高空长航时无人机是一种新型的无人飞行器，在战场侦察和高空大气探测方面有其特殊的用途。特别是近几年，高空长航时无人机作为一种多功能作战平台，其发展受到了广泛关注，但是由于高空长航时无人机对飞行性能、气动品质等方面要求较高，因此目前只有美国等少数国家掌握了其设计技术。由于高空长航时无人机在设计时有其特殊的要求，因此，高空长航时无人机的总体设计必然是一个复杂的过程，本论文针对高空长航时无人机的综合优化设计进行了初步研究，为我国今后高空长航时无人机的发展提供一个良好的基础。本文首先以美国成功设计的同类无人机——“全球鹰”为参考，确定了以正常式布局作为本论文高空长航时无人机的基本布局形式；然后运用飞行器设计理论进行总体布局设计，包括总体参数设计、飞机发动机匹配、机翼平面参数设计、翼型选择、舵面配置、以及起落架参数设计等，使全机具有较好的气动特性，以满足飞机飞行性能的要求；在以上研究的基础上，进行全机飞行性能和稳定性、操纵性分析，以验证方案的可行性，检验本论文方案是否达到设计指标要求；鉴于高空长航时无人机对布局设计的要求较高，文章的最后，利用MATLAB软件编写了高空长航时无人机多目标优化设计程序，并给出...

【论文题纲】

摘要	3-4
Abstract	4-6
目录	6-9
第1章绪论	9-15
1.1 无人机的发展	9-10
1.2 高空长航时无人机的特点	10
1.3 高空长航时无人机的现状与展望	10-12
1.4 论文主要工作简介	12-15
第2章无人机初始参数设计	15-25
2.1 无人机方案的初始设计指标	15
2.2 重量估算	15-21
2.3 推重比与翼载的确定	21-25
2.3.1 推重比的确定	21-22
2.3.2 翼载的确定	22-25
第3章无人机布局设计及参数确定	25-49
3.1 无人机机翼设计	25-32
3.1.1 机翼几何参数的确定	25-27
3.1.2 机翼的外形几何参数的确定	27-28
3.1.3 翼型的选择	28-29
3.1.4 机翼油箱容积的确定	29
3.1.5 副翼的布置	29-30
3.1.6 增升装置的类型、尺寸和布置	30-32
3.2 无人机机身设计	32-33
3.3 无人机尾翼及舵面设计	33-36
3.4 无人机重心计算	36-40
3.4.1 无人机重量计算方法	36-37
3.4.2 无人机重量计算与重心确定	37-40
3.5 无人机起落架初步参数设计	40-42
3.6 发动机及进排气参数的确定	42-45
3.6.1 发动机的初步尺寸确定	42-43
3.6.2 发动机进气道参数初步设计	43-44
3.6.3 捕获面积、分流器与尾喷管设计	44-45
3.7 无人机推进装置修正	45-47
3.7.1 发动机装机推力修正	45-46
3.7.2 发动机装机净推力修正	46-47
3.8 本章小结	47-49
第4章初始方案气动特性分析	49-71
4.1 无人机升力特性的分析	49-50
4.1.1 无人机升力线斜率的估算	49-50
4.1.2 机翼最大升力系数估算	50
4.2 无人机阻力特性分析	50-58
4.2.1 废(零升)阻力计算	50-57
4.2.2 诱导阻力计算	57-58
4.3 无人机极曲线的分析	58-59
4.4 无人机俯仰力矩特性计算	59-61
4.4.1 翼型俯仰力矩系数	59
4.4.2 机翼俯仰力矩系数	59
4.4.3 全机俯仰力矩系数	59-61
4.4 横航向静导数计算	61-65
4.4.1 横向力系数对侧滑角的导数	61-63
4.4.2 滚转力矩系数对侧滑角的导数	63-64
4.4.3 偏航力矩系数对侧滑角的导数	64-65
4.5 动导数计算	65-71
4.5.1 俯仰角速度引起的动导数计算	65-66
4.5.2 迎角变化率引起的动导数计算	66-67
4.5.3 滚转角速度引起的动导数计算	67-68
4.5.4 偏航角速度引起的动导数计算	68-69
4.5.5 侧滑角变化率引起的动导数	69-71
第5章无人机稳定性、操纵性分析	71-77
5.1 纵向稳定性和操纵性	71-72
5.1.1 纵向静稳定性	71
5.1.2 纵向模态特性	71-72
5.1.3 纵向操纵性	72
5.2 横向稳定性和操纵性	72-77
5.2.1 横航向静稳定性	72-73
5.2.2 横航向模态特性	73-75
5.2.3 横航向操纵性	75-77
第6章无人机飞行性能分析	77-93
6.1 发动机推力特性估算	77-80
6.2 飞行性能及飞行包线的分析	80-86
6.2.1 平飞需用推力	80-82
6.2.2 飞行包线	82-86
6.3 爬升性能分析	86-89
6.3.1 定常直线运动分析	86-87
6.3.2 上升角和上升率	87-88
6.3.3 爬升段航程、航时及耗油量计算	88-89
6.4 无人机下滑性能分析	89-90
6.5 无人机续航能力分析	90-93
第7章无人机参数多目标优化设计	93-103
7.1 多目标优化	93-96
7.1.1 传统多目标优化	93-94
7.1.2 遗传算法多目标优化	94-96
7.2 无人机总体参数多目标优化数学模型	96-99
7.2.1 优化变量、优化目标和约束条件的选取	96-97
7.2.2 优化算法的改进和优化建模	97-99
7.3 优化结果与分析	99-101
7.4 结论	101-103
第8章结束语	103-105
参考文献	105-107
致谢	107-109
作者在攻读硕士学位期间发表的论文	109-110

【DOI】

LunWen.ID:2.2008.97191



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