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新型涵道式飞行汽车的结构设计与分析
| 论文题名： | 新型涵道式飞行汽车的结构设计与分析 |
| 关键词： | 飞行汽车;涵道风扇;气动特性;铆接试验;有限元分析 |
| 摘要： | 作为一种融合了载人飞行器与汽车的交通工具，飞行汽车已有上百年的发展历史。欧美国家关于飞行汽车的研发起步早，已经形成初步的产品化。国内关于飞行汽车的研发起步较晚，且大多数停留在小型旋翼机的阶段，实用性有限。本文在综合国内外现有较为成熟的飞行汽车设计方案优势的基础上，提出了一种新型的更能适应城市交通拥堵或野外复杂环境下的能够实现垂直起降的飞行汽车结构。 首先，本文通过方案论证，需求分析，以及优劣势对比，对现有的国内外飞行汽车的设计方案进行了研究，从而确定了以可倾转涵道风扇与可折叠固定翼相结合的新型飞行汽车气动布局。通过翼型气动性能分析，涵道风扇倾转机构设计，车身外型设计，完成了新型涵道风扇式飞行汽车的气动总体布局设计。 其次，在理解数值模拟方法求解流体力学问题相关知识基础上，通过叶素理论推导，CFD数值模拟，对共轴双桨涵道风扇的气动性能进行了分析，并与孤立双桨的气动特性进行了对比，确定了相较于孤立双桨，共轴双桨涵道风扇气动性能有着明显的提升。随后，对飞行汽车机翼进行了不同迎角下外流场情况的数值模拟，确定了飞行汽车最大速度前飞情况下机翼的压力分布，并初步确定了飞行汽车的有利飞行迎角为4?-8?。 随后，对飞行汽车的整体流场进行了数值模拟与分析。通过对不同迎角下车身外流场压力云图的分析，了解了飞行汽车车身在不同姿态下的外流场特性，确定了飞行汽车总体飞行迎角应当?12?，这也与前文关于机翼的有利迎角范围相吻合。 最后，利用Workbench对飞行汽车的机翼结构进行了有限元分析。通过对机翼结构的设计，模型简化，基于前文得到的机翼结构压力分布数据，对机翼工况下的静强度进行了计算。并通过铆接试验的方式对机翼的蒙皮连接强度进行了校核。结果表明，机翼蒙皮结构强度能够满足最大应力应变需求。并对机翼结构进行了模态分析，确定了飞行汽车机翼的固有振型与频率。 通过以上的研究，初步确定了新型飞行汽车前飞状态下的流场特性，有利于提高其总体操纵稳定性的提升。并对相应工况下飞行汽车的机翼结构安全性有了一定程度的掌握，为后续机翼结构的进一步研究与优化提供了参考。 |
| 作者： | 陈晓东 |
| 专业： | 机械电子工程 |
| 导师： | 聂文忠 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海应用技术大学 |
| 学位年度： | 2020 |
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