涵道螺旋桨设计变量的影响及其流动机理

摘要

涵道螺旋桨被认为具有推进效率高、结构紧凑、安全性高及噪声水平低等优势，在多种飞行器上具有较高的应用潜力。为了探究几个重要设计变量对涵道螺旋桨气动特性的影响和流动机理，以推进式涵道螺旋桨为研究对象，使用基于雷诺平均Navier-Stokes（RANS）方程和多重参考坐标系（MRF）的准定常求解方法以及静止域和旋转域进行面搭接的结构网格，研究了螺旋桨旋转速度和来流速度、涵道径弦比以及涵道唇口偏转角度对涵道螺旋桨气动特性的影响和流动机理。研究表明，随着转速的增加，涵道推力占总推力的比例先增加后减小，在研究范围内，涵道和桨叶在不同的来流速度下表现出了不同的流动特性；随来流速度的增加，总推力和推进效率先增大后减小，推力和推进效率的非单调变化主要受到涵道唇口和桨叶当地工况以及涵道唇口和桨叶部件流动分离两方面的影响；带有涵道的构型中，涵道径弦比对涵道螺旋桨的推力特性有重要的影响，研究范围内不同径弦比的涵道螺旋桨的巡航工况下推进效率均大于孤立螺旋桨；研究的向外扩张的涵道唇口其大迎角特性较好，主要体现在大迎角状态下推力较大和失速特性较好，并在以上研究基础上分析总结了涵道螺旋桨和孤立螺旋桨的区别以及涵道与桨叶之间互相影响的现象和机理。