论文总字数：33245字

摘 要

随着科技的不断进步和人民生活水平的提高，飞行器作为民用产品已逐渐进入人们的视野并得到日益广泛的使用。多旋翼飞行器具有体积小、重量轻、结构简单等特点，被广泛运用于军用和民用等领域。本次设计是在借鉴多旋翼飞行器原理基础上探索和设计出一种面向农业空中喷洒药物的多旋翼机器人，以期用于农业种植物病虫害防治。

在对飞行器基本结构、材料属性等有了基本了解后，首先进行喷洒系统设计，其中重点开展了关键部件药液箱、喷杆喷头等的结构设计。然后在喷洒系统基础上，考虑负载要求，选择六旋翼飞行器作为设计目标，并完成了飞行器机架部分和旋翼部分的结构设计细节。最后，基于旋翼数值模拟方法，借助于软件GAMBIT、Fluent和Tecplot，对飞行器单旋翼单元和双旋翼单元进行流场分析，根据分析结果对设计方案进行优化。最后得出单旋翼单元的流线图，并尝试研究双旋翼单元流场分析方法。

关键词：六旋翼飞行器；农药喷洒装置；结构设计；流场分析

Structure Design of Spraying-oriented Multi-rotor Aircraft

02011302 Li Xingdi

Supervised by Dou Jianping

Abstract

With the development of science and technology and the improvement of living standards, the aircraft, as a civilian product, has gradually come into people's vision and been widely used. The multi-rotor aircraft has been widely used in military and civilian areas because of its advantages of small size, light weight and simple structure. The aim of this paper is to explore and design a multi-rotor robot for agriculture-oriented aerial spraying based on the principle of multi-rotor aircraft. The designed aircraft is expected to be used in the prevention and control of agricultural plant diseases and insect pests.

After having a basic understanding of the aircraft structure, material properties and so on, the design of the spray system is firstly discussed, especially the key components such as the spray tank, spray boom and sprayer. A six-rotor aircraft is designed to satisfy the design objective based on the spray system and load requirement. Then the mechanical structure of the aircraft frame part and the rotor part is designed. In a sequel, the flow field of single rotor unit and dual rotors units are analyzed with the aid of the software GAMBIT, Fluent and Tecplot based on the numerical simulation method for rotor. According to the results of analysis, the design is optimized. At last, the streamline diagram of single rotor unit is obtained, and the flow field analysis method of dual rotors units is discussed.

Key words: six-rotor aircraft, pesticide spray system, structural design, flow field analysis

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 5

1.1研究背景及意义 5

1.2 国内外研究现状 6

1.2.1 多旋翼飞行器研究现状 6

1.2.2 农药喷洒飞行器研究现状 8

1.3 研究内容及目的 9

1.4 论文结构与安排 9

第二章 农药喷洒系统结构设计方案 10

2.1 喷洒系统结构设计 10

2.1.1 药液箱结构设计 10

2.1.2 喷杆、喷头结构设计 11

2.2 喷洒系统与机身连接设计 11

2.3 喷洒系统控制原理设计 12

2.4 本章小结 13

第三章 多旋翼飞行器结构设计方案 14

3.1 飞行器旋翼部分设计 14

3.2 飞行器机架部分设计 15

3.2.1 基础平台 15

3.2.2 驱动装置 16

3.2.3 起落架 16

3.3 飞行器控制系统设计 17

3.4 飞行器总体结构布局 17

3.5 重要零部件强度校核 19

3.5.1 拉伸部件强度校核 19

3.5.2 弯曲部件强度校核 19

3.6 本章小结 21

第四章 多旋翼气动特性分析与结构优化 22

4.1 六旋翼系统动力学建模 22

4.1.1 旋翼气动理论计算方法 22

4.1.2 旋翼系统动力学建模 23

4.2 旋翼数值模拟方法 24

4.2.1 模拟方法基本方程 25

4.2.2 网格生成方法 25

4.2.3 S-A湍流模型 26

4.2.4 双旋翼单元分析基础 26

4.3 单旋翼单元流场分析 26

4.3.1 GAMBIT网格划分 26

4.3.2 FLUENT计算求解 28

4.3.3 Tecplot后处理 29

4.4 双旋翼单元流场分析 31

4.4.1 双旋翼单元分析方法 31

4.4.2 双旋翼单元分析难点 33

4.4.3 双旋翼单元分析总结 33

4.5 本章小结 33

第五章 结论与展望 34

5.1 工作总结 34

5.2 重要结论 34

5.3 后续工作 35

致谢 36

参考文献（References） 37

面向喷洒应用的多旋翼飞行器结构设计

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

近年来，多旋翼飞行器逐渐成为航空学术研究中新的前沿和热点。飞行器的研究大多是针对微型无人飞行器，因为微型无人飞行器造价低、体积小、质量轻，飞行相对灵活，起落受限制较少，能适应复杂多变的环境，具有广泛的应用前景。在过去几十年间，微型无人飞行器相比于载人飞机已展现出了其独特的优势。飞行器可分为固定翼式、旋翼式和扑翼式三种。固定翼式不适合在复杂或狭小的环境中飞行，扑翼式所涉及的仿生飞行远远达不到工程实用性要求，因此旋翼式飞行器逐渐作为主流机型受到越来越多的国家的重视。单旋翼飞行器机械结构复杂，机体的制造、组装、维修和保养都需要熟练技术人员的支持。相比之下多旋翼飞行器体积小、重量轻、易回收、结构简单，飞行机动能力强，受地形影响小，可广泛应用于农药喷洒、空中摄影、环境监测、军事侦察等领域。四旋翼飞行器是一种能实现垂直起降的非共轴式多旋翼飞行器，可以只通过调节蝶形分布的四个旋翼的转速，实现对四旋翼飞行器飞行姿态的控制，四旋翼飞行器还具有起飞要求低、可悬停等特点，是目前最常见的飞行器。但四旋翼飞行器载荷小，欠驱动，在飞行姿态变化间存在耦合，自主飞行的机动能力存在很大的制约，难以满足某些飞行任务要求。六旋翼飞行器具有更好的自稳定性和自平衡性，还具有更大的承载能力，在不影响总机尺寸的前提下提升载重，比较合适的办法就是适当增加旋翼，如果增加过多又会产生翼间干扰。六旋翼飞行器还具有控制原理简单、易于实现的特点，更富有实用性和经济性。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：33245字