小型無人機機翼平衡載荷的計算方法分析

賀美珠

摘 要：本文采用MATLAB和AVL兩種計算軟件計算了某小型無人機機翼在不同過載時的平衡載荷，并對w兩種計算結果進行了對比分析。

關鍵詞：平衡載荷；MATLAB；AVL

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.232

0 引言

現階段，無論國內還是國外，對于小型無人機并沒有固定專門的強度設計規范，大多數是在借鑒于有人駕駛的飛機的強度設計規范基礎之上完成。載荷設計與飛機的總體、氣動、性能、重量、等專業關系密切，需要這些相關專業的多種數據來源支持，需要處理復雜的數據協調關系，需要滿足和適應不斷發展的適航要求和型號設計要求。

1 工程估算

該方法是基于CCAR-23、超輕型等多部適航條例綜合要求采用MATLAB語言而編譯的一套小型無人機的工程估算計算程序，可計算多種過載時的載荷情況。機翼的載荷計算流程如下：

方法一：該方法假設升力線是線性的，即升力線斜率是常數，適用于除上下失速邊界外的機動包線內及邊界上任何點以及突風包線速度Vc和Vd的正負突風點的載荷計算。由于已知各點載荷系數，因此可以確定各點的升力，由公式 確定機翼攻角，再而求出機身攻角，即飛行姿態，再由平衡方程求出平尾平衡載荷，俯仰力矩。

方法二：由于在上下失速邊界上升力線是非線性的，因此第一種方法已經不適用了。假設上下失速邊界上的機翼臨界迎角一定。估算機翼臨界迎角，進而求出機身攻角，即飛行姿態，再由平衡方程求出平尾平衡載荷，俯仰力矩。

2 AVL方法

AVL （Athena Vortex Lattice）是采用渦格法來計算飛機氣動特性的軟件，適用于無粘性、不可壓縮、小迎角和側滑角的流動。輸入文件有：飛機幾何外形、質量分布、飛行狀態等；輸出文件有：穩定性與控制導數、飛機所受的力與力矩、飛機模型。

3 結果分析

襟翼收起時，兩種升力和阻力的計算結果隨著飛行速度的增大，相近區域也在發生改變：速度較小時，兩種計算結果在小過載時較為接近；速度較大時，兩種計算結果在大過載時較為接近，如圖二所示。

襟翼放下時，升力較為接近，阻力在過載為2時較為接近。

4 結論

綜合兩種方法的優缺點，MATLAB方法適合用于概念設計階段的第一輪載荷計算，在較大范圍內計算載荷情況，而AVL方法適合用于概念設計階段的后幾輪載荷計算，可以針對特定點來計算載荷情況，從而節省計算時間。

值得注意的是，AVL方法在計算飛機阻力系數的時候僅僅計算了誘導阻力系數，并未計算零升阻力系數，故本文當中采用公式：

來計算零升阻力系數。所以，可能的話，希望在后續的工作當中，能夠對AVL進行二次開發，完善計算方法。

參考文獻：

[1]方振平，陳萬春，張曙光等.航空飛行器飛行動力學[M].北京：北京航空航天大學出版社，2005.

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[3]CCAR-23部 正常類、實用類、特技類和通勤類飛機適航標準.

[4]R.D.Hiscocks.Design of Light Aircraft.

[5]某小型無人機氣動特性計算報告.