搜索應用 | ANSYS CFD在無人機設計中的應用-視頻
2017-07-29 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
科技的發展,總能創造令人意想不到的奇跡,無人機正是一種讓人“浮想聯翩”的成果。無人機的廣泛應用得益于設計理念上的不斷創新,這使得CAE仿真技術在無人機的研發設計中舉足輕重。
無人機(UAV)是無人駕駛飛機(Unmanned Aerial Vehicle)的簡稱,是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機,包括無人直升機、固定翼機、多旋翼飛行器、無人飛艇、無人傘翼機等。
四旋翼飛行器
隨著近些年來民用級和消費級無人機市場的高速發展,無人機在航拍、農業、植保、快遞運輸、災難救援、觀察野生動物、監控傳染病、測繪、氣象、新聞報道、電力巡檢、影視拍攝等眾多領域的應用都呈現出了爆發式的增長。
來看看民用級和消費級無人機市場的龍頭企業DJI大疆創新的宣傳片,就能感受到無人機的豐富功能和迷人的魅力了。
大疆無人機宣傳片
無人機的設計是一個典型的多學科、多物理場的系統工程,涉及到電磁、結構、流體、熱等多個領域,包括天線布局、電機與驅動控制、電磁兼容與安全防護、沖擊、碰撞、跌落、氣動布局、側風穩定性等問題,如果使用傳統的試驗設計手段,通常整個研發設計周期少則數月、多則數年,但借助CAE工程仿真技術效果則會大大不同。ANSYS多物理場仿真技術,能夠幫助企業縮短研發設計周期,加快新技術、新工藝的應用,提高產品的市場競爭力,節約研發成本。
ANSYS多物理場仿真技術
接下來,我們聊一聊ANSYS CFD流體仿真技術在無人機設計中的應用。
多旋翼飛行器作為民用級和消費級無人機市場的主力產品,其氣動性能設計較為復雜,因為多旋翼飛行器僅能通過調節不同旋翼的電機轉速來實現各旋翼的升力變化,進而控制飛行器的姿態和位置,因此其本身是一個不穩定的欠驅動系統。再加上旋翼本身既隨著機體一起運動又做自轉運動,還需要考慮力矩的平衡、側風穩定性等問題,而且旋翼之間氣動干擾現象非常復雜,難以通過飛行試驗或風洞試驗獲知其詳細的氣動性能,因此借助ANSYS CFD流體仿真工具對大量的氣動布局、配平方案進行遴選和優化就成為了必要的研發設計手段。
四旋翼飛行器沿各自由度的運動
借助ANSYS Workbench的參數化仿真功能,使用ANSYS Fluent對旋翼的氣動升力進行參數化仿真分析,獲得旋翼在不同轉速下的升力曲線。
通過參數化仿真獲得旋翼在不同轉速下的升力曲線
由于無人機運行環境的復雜多變以及自然風作用的隨機性,無人機在飛行過程中經常要受到側向風的作用,側向風會影響無人機運行的安全性和穩定性,嚴重時還會導致無人機的翻轉和失控,因此有必要在無人機的設計階段對側風穩定性進行深入研究。
使用ANSYS Fluent,對四旋翼飛行器在飛行過程中遭遇5 m/s側向風時的氣動力變化過程進行仿真分析有利于提升無人機運行的安全性和穩定性。
四旋翼飛行器的多面體網格
四旋翼飛行器在側向風作用下的旋翼及機身風壓分布圖
四旋翼飛行器在側向風作用下的旋翼及機身附近流線圖
四旋翼飛行器在側向風作用下的旋翼升力系數變化圖
四旋翼飛行器在側向風作用下的扭轉力矩變化圖
四旋翼飛行器在側向風作用下旋翼附近的瞬態流速動畫
四旋翼飛行器在側向風作用下的瞬態流線動畫
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