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涵道风扇的气动特性与优化研究

作　者: 丛伟
导　师: 王云
学　校: 南昌航空大学
专　业: 飞行器设计
关键词: 涵道风扇气动特性无人机
分类号: V279
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 61次
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内容摘要

涵道风扇是涵道无人机的主要动力系统。随着无人机的发展，涵道风扇的应用越来越广泛，涵道风扇气动性能的研究受到各国科研人员的重视。在研究中，涵道风扇与无涵道旋翼相比，涵道对桨叶起到一定的保护作用，具有安全性高、结构更加紧凑、气动效率高及噪音低等特点。但由于涵道与旋翼相互气动干扰，使得涵道风扇的气动特性较为复杂。在前飞状态下，由于涵道风扇的上下两个旋翼及涵道在不对称的气流中工作。因此，涵道风扇的气动特性就显得更为复杂。涵道风扇在不同飞行状态下的气动特性分析是涵道风扇无人机的设计优化、动力学分析及建模的基础。因此，研究不同形式的涵道风扇的气动特性对涵道无人机的研制无疑具有重要意义。本文利用CFD方法,以共轴反桨涵道风扇为重点，对不同形式的涵道风扇进行了较为深入的气动分析研究。首先，本文对涵道风扇桨叶的翼型和涵道的翼型进行选择，分析有无桨毂对涵道风扇整体气动性能的影响，确定涵道风扇的模型及具体的参数；其次，分析了共轴反桨涵道风扇和单桨涵道风扇在悬停状态下的气动特性以及实度对涵道风扇系统的影响；第三，分析了涵道在前飞状态下的气动特性，包括不同迎角、不同转速和不同前进比；最后，主要是根据涵道风扇的倾转特点，设计一蜗轮蜗杆倾转机构。本文的研究结论可以为涵道风扇无人机的设计和研制提供一定的参考。本文的计算模型反映了涵道风扇系统中桨叶总距角、涵道迎角、桨盘间距、桨叶涵道间隙、前进比、桨叶片数、桨叶弦长的改变等对涵道风扇气动特性的影响。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-12
第一章绪论  12-19
  1.1 课题的来源与意义  12-14
    1.1.1 课题的来源  12-13
    1.1.2 课题的意义  13-14
  1.2 国内外研究发展现状  14-17
    1.2.1 国外研究状况  14-17
    1.2.2 国内研究状况  17
  1.3 本文的主要研究内容  17-19
第二章涵道风扇系统参数确定  19-39
  2.1 引言  19
  2.2 计算结果验证  19-21
  2.3 旋翼翼型的选择  21-25
  2.4 涵道翼型的确定  25-31
    2.4.1 涵道模型建模网格划分  25-26
    2.4.2 流场分析  26-31
  2.5 涵道旋翼系统有无桨毂的影响  31-34
  2.6 涵道双旋翼系统参数确定  34-38
  2.7 本章小结  38-39
第三章涵道风扇系统在悬停状态下的气动特性分析  39-53
  3.1 引言  39
  3.2 涵道共轴双旋翼在悬停状态下气动特性分析  39-47
    3.2.1 计算模型与网格生成  39-41
    3.2.2 控制方程  41-42
    3.2.3 算例计算与分析  42-47
  3.3 旋翼实度对涵道共轴双旋翼悬停效率影响的气动特性分析  47-52
    3.3.1 旋翼弦长改变情况下的实度对悬停效率的影响  47-49
    3.3.2 旋翼片数改变情况下的实度对悬停效率的影响  49-52
  3.4 本章小结  52-53
第四章涵道风扇前飞气动特性分析  53-64
  4.1 引言  53-55
  4.2 涵道共轴双旋翼不同迎角下水平前飞气动特性分析  55-60
  4.3 涵道共轴双旋翼不同旋翼转速水平前飞气动特性分析  60-61
  4.4 涵道共轴双旋翼不同水平速度前飞气动特性分析  61-63
  4.5 本章小结  63-64
第五章涵道倾转机构设计  64-74
  5.1 引言  64-66
  5.2 舵机轴承的选用  66-69
    5.2.1 舵机的选用  66-68
    5.2.2 轴承的选用  68-69
  5.3 蜗轮蜗杆设计  69-73
    5.3.1 选择蜗杆的传动类型  69
    5.3.2 选择材料  69
    5.3.3 蜗轮蜗杆参数  69-73
  5.4 涵道旋翼系统前飞时力矩情况  73
  5.5 本章小结  73-74
第六章结论与展望  74-76
  6.1 结论  74-75
  6.2 展望  75-76
参考文献  76-79
发表论文和参加科研情况说明  79-80
致谢  80-81

涵道风扇的气动特性与优化研究

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