航空专场 | 无人机设计仿真流程讲解与案例实操

news2024/11/26 20:26:08

一、CFD在无人机上的应用

1、静、动气动系数计算以上介绍的无人机的流动状态一般为中低雷诺数，不可压缩流动。这些计算一般用S-A模型或者KW-SST模型进行计算，能够获得不错的工程精度。静、动气动力系数主要用于无人机操纵性和稳定性的分析，评估无人机的飞行品质，判断无人机的飞行性能。同时获取的气动载荷也作为无人机零部件结构设计的输入载荷条件。静气动系数计算是CFD技术在无人机行业应用最广泛的，几乎每一款固定翼无人机的设计都需要进行CFD分析。

2、螺旋桨性能与滑流的计算螺旋桨的气动性能计算时无人机CFD计算的一个关键点。包括螺旋桨的性能计算，以及螺旋桨滑流的影响。在fluent中进行螺旋桨计算的方式一般有3种，分别为单旋转坐标系，多重旋转坐标系和滑移网格。

螺旋桨的滑流对全机尤其是扫过部件的气动特性影响分析以及改进设计提供必要的数据支撑。结合能量方程，还可以进行部件散热分析。

下面给大家摘录一段大疆官方发布的mavic air多旋翼无人机研发过程中利用CFD技术优化全机散热的案例。

利用螺旋桨的下洗气流进行全机的散热

3、气动外形优化

随着超算资源更加地易于获取以及CFD技术的飞速进步，现代飞行器的气动外形优化设计从试凑设计理念阶段逐渐过渡到数值优化阶段，大幅度的提升了气动外形的优化设计质量，缩短了设计周期。

目前在固定翼无人机中用的比较多的是气动布局优化和翼型优化。这两个都属于参数优化，既然是参数优化就需要对优化对象进行参数化。对翼型有来说有CST、HH等几种参数化方式，对于气动布局来说参数化的方式可以采用3D建模软件进行，也可以采用代数公式的方式进行，也可以利用专门的参数化软件进行。优化目标一般有多点优化，单点优化等。

下面给大家分享一个成都纵横发布的CW-007优化案例。从这个官方发布的案例中可以看到纵横对CW-007进行了翼型优化和布局优化。翼型优化，以升力系数和失速迎角为目标，显著提升了翼型的性能。布局优化，应该是以升阻比为目标，从而得出了展弦比增加、浸湿面积减少的结果。通过翼型和布局优化，该无人机的性能有了显著的提高。

成都纵横CW007无人机气动布局优化案例

4、部件级仿真

植保无人机上经常使用无刷电机作为动力。刷直流电机具有功率大，重量轻，功率密度高的优点。无人机行业大量使用的是外转子无刷电机，电机的主要发热部件在电机的内部，设计不合理的外转子结构设计会极大影响电机的散热，如果再要求外转子结构具备防水，防灰尘的功能，那么无刷电机的散热问题将会更加突出。无刷电机的散热受到电机自身的转动、电机发热功率、环境温度等多方面因素的影响，其散热性能的好坏直接关系到无刷电机的工作寿命和可靠性。