扇翼飞行器气动原理研究

摘要

扇翼飞行器的升、推力系统由固定机翼和嵌入其前缘上部的横流风扇组成。旋转的横流风扇使得扇翼周围的流场较为复杂，既有扇翼外部的绕流流动、又有扇翼内部的涡旋流动，还有一部分气流被叶片以较高的速度排出。这加大了从理论方面对扇翼气动原理进行研究的难度。因此，国内外研究人员主要从数值模拟和风洞试验两个方面对扇翼气动特性进行研究。然而，为了掌握扇翼飞行器的原理，有必要对其进行深入的理论分析。
　　本文在已有的扇翼飞行器研究成果的基础上，根据扇翼的几何特征及其周围空气复杂的流动特性，将扇翼气动原理研究问题分解成四类具有代表性的空气动力学问题。分别利用滑流理论、叶素理论、涡流理论、翼型理论等方法对这四类问题进行理论研究。
　　第一，根据扇翼的排气特征，建立扇翼滑流模型，并利用动量理论分析扇翼滑流产生的气动力及消耗功率。第二，利用叶素理论，对扇翼叶片周围的气流环境及其受力情况进行分析，求得扇翼叶片的气动力及消耗功率。第三，利用涡运动理论，分析扇翼内部偏心涡特性，并将扇翼前缘弧形槽上表面空气流动简化为平行平板间的流动，分析在偏心涡和叶片旋转共同影响下，弧形槽产生的压差升推力。第四，根据扇翼的绕流特征，将扇翼的固定机翼和横流风扇看做一个整体去研究，形成扇翼的厚翼型模型，利用翼型理论分析扇翼厚翼型的升推力。
　　最后，本文分析了不同分析方法之间的联系，总结各部分的分析结果，求得扇翼的升推力系数及需用功率，并与试验结果进行了对比分析。

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注释表

第一章 绪论

1.1引言

1.2国内外研究现状

1.3本文的主要研究内容

第二章 扇翼滑流气动力分析

2.1概述

2.2扇翼滑流模型的建立

2.3扇翼滑流分析方法

2.4扇翼滑流诱导速度计算

2.5扇翼滑流气动力计算

2.6本章小结

第三章 扇翼叶片气动力分析

3.1概述

3.2叶素的选取及坐标系的定义

3.3叶素周围空气流动分析

3.4叶素受力分析

3.5叶片气动力与功率分析

3.6本章小结

第四章 扇翼内部涡旋运动分析

4.1概述

4.2扇翼内部偏心涡模型的建立

4.3前缘弧形槽气动力分析

4.4本章小结

第五章 扇翼厚翼型气动力分析

5.1概述

5.2扇翼厚翼型气动特性的分析

5.3扇翼厚翼型数值模拟

5.4扇翼升阻力系数的确定

5.5本章小结

第六章 扇翼气动原理总结与对比分析

6.1概述

6.2扇翼滑流、叶素分析结果及其对比分析

6.3扇翼气动原理总结

6.4扇翼气动力及功率的理论计算与试验结果对比分析

6.5扇翼气动力及功率的理论计算与数值模拟结果对比分析

6.6本章小结

第七章 结束语

7.1本文的主要工作

7.2后续研究展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文