小型无人机流场的CFD模拟开题报告

1. 研究目的与意义

流场模拟研究具有花费少、速度快、模拟能力强等优点，大大减小了研究的工作量，扩大了计算流体力学的应用范围。在用这项技术来对流动现象进行预测的时候，需要对复杂的流动现象进行处理，然后用数学模型来描述它。针对我国森林病虫害的特点，发生突然，传播迅速，树木高大，损失严重，而直升机航空施药具有效率高，不受地表状况影响等优势，进行基于CFD的小型无人直升机流场模拟的研究，对无人直升机流场进行模拟，以期提高实际施药效果。

2. 国内外研究现状分析

直升机飞行动力学的发展主要就是旋翼动力学的发展,先后经历了动量滑流理论、叶素理论、涡流理论和计算流体动力学(CFD)等旋翼建模方法。在上世纪八、九十年代，CFD技术开始在单旋翼直升机流场数值模拟中得到了广泛重视，并在近年来取得很大的进展，直升机旋翼CFD数值模拟研究大体上经历了小扰动位势方程、全位势方程、Euler方程和Navier-Stokes(N-S)方程四个发展阶段。目前,直升机流场分析方法主要有涡方法和CFD方法两大类。CFD方法采用Euler或Navier2Stokes方程,可充分捕捉旋翼/机身干扰流场的细节特征和粘性影响,但受网格生成难度大及计算资源的限制,目前的研究大多针对单旋翼流场特性。随着CFD技术的完善和发展，CFD方法成为直升机空气动力学的一个研究热点。国外已经在直升机CFD领域开展了多念研究，相比之下国内这方面研究起步比较晚，但进展比较快。

3. 研究的基本内容与计划

设计内容：基于cfd的小型无人直升机流场模拟的研究，对给定模拟环境条件和直升机参数，建立直升机立体模型，创建环境模型，然后根据操作特性，编程或采用cfd软件实现模拟的整个过程。根据实际试验结果改进设计，具体设计方案细则应根据设计中的实际情况加以确定。

研究计划:12周：前期知识储备

36周：设定模拟环境条件和直升机参数

4. 研究创新点

本课题将机械设计学，流体力学，计算机学等学科知识应用于模拟研究，进行基于CFD的小型无人直升机流场模拟。流场模拟研究具有花费少、速度快、模拟能力强等优点，大大减小了研究的工作量，扩大了计算流体力学的应用范围。引入和定义了必要的风场特征参数,进行了数值仿真计算。