一种新型半转扇翼气动特性的数值分析

半转扇翼是基于半转机构的一种新型活动性叶轮扇翼,其叶轮运动原理不同于普通扇翼的固定叶轮,为使其在工作时获得较优的气动力,需要对不同结构参数与运动参数下的半转扇翼进行具体探究。本文通过数值计算方法对半转扇翼叶轮偏角、底槽相位与叶片数目的影响做了详细的计算与剖析,并对比分析了不同来流速度与转速对半转扇翼气动特性的影响。计算结果表明:叶轮偏角是影响扇翼升推力的主要因素,其在20°~40°时取得较佳气动力效果;不同底槽前后缘开口角(φ,β)下扇翼的气动特性也有所差异,使用C(φ<β)型与U(φ=β)型底槽的机翼具有较好的综合气动特性优势;叶片数目亦对扇翼的气动力有所影响,叶片数目在10~14时足以达到半转扇翼的气动力需求。与固定叶轮扇翼相比,半转扇翼在同样转速与来流速度下能产生与之相近的气动力,从而明确了半转扇翼拥有良好的基本气动特性。

基于角速率陀螺的扇翼机简化配置控制技术研究

扇翼机兼具固定翼飞机和直升机的优越性能,通过在厚机翼前缘嵌入横流风扇代替传统固定机翼,可同时提供升力和推力,并会附加一定的低头力矩,使得扇翼机纵向高度控制和姿态控制存在强耦合。独特的动力结构使扇翼机具有较高的静稳定性,但扇翼机机载空间有限,基于此提出基于角速率陀螺的扇翼机简化配置控制技术研究,并分析了控制系统的频域和时域特性。通过非线性仿真对比分析,验证了简化配置控制方案的有效性,且纵向简化配置相较于全配置更适合扇翼机纵向的飞行控制。

扇翼飞行器纵向运动建模与控制方法

扇翼飞行器是近年来发展起来的一种新型大载荷低速飞行器,在机翼上安装风扇吹气装置,将升力和推力结合起来,大大提高了飞行器的飞行效率,在民用和军事上都具有很高的应用价值.以某型扇翼飞行器为研究对象,在分析其结构特点和飞行原理的基础上,建立扇翼飞行器的纵向数学模型;并采用计算流体力学工具FLUENT模拟风洞试验确定数学模型中的各个参数,分析了自然飞机的系统性能;建立起的纵向模型为控制对象,采用易于工程实现的PID算法,并在Matlab下对控制律进行仿真实验,仿真结果表明了该控制律的有效性.

扇翼飞行器气动特性优化设计

采用多目标优化和数值模拟结合的方法对扇翼飞行器气动特性进行了优化研究。CFD计算结果与文献结果对比,验证了数值方法的可靠性。计算得到多结构参数影响下扇翼飞行器高升力、低阻力的优化结构参数和主要影响因素。研究结果表明,建立的近似数学模型和优化结果精度较高,满足工程需要。优化后,扇翼飞行器的升力和推力较大,飞行器气动特性得到显著改善。

扇翼飞行器机翼布局研究

研究主要分为三部分:首先,建立扇翼飞行器机翼的数学模型,说明扇翼飞行器的增升原理;其次,使用CFD软件对扇翼飞行器的机翼进行数值模拟,得出可行的机翼模型设计方案;最后,设计风洞试验模型并进行风洞测力和粒子图像测速试验验证,结合理论计算和风洞试验结果,给出一套适合本模型的机翼布局方案。研究结果表明,适合本模型的参数如下:机翼风扇叶片偏角取值范围为5～10°,叶片宽度取20mm,风扇转速2000r/min左右,平飞速度5～10m/s,平飞时机翼迎角4°。

扇翼气动特性试验研究

通过对扇翼飞行器采用风洞试验的方法,研究横流风扇在不同风扇转速、来流速度、迎角、前缘开口角和叶片安装角下的升力、阻力和需用功率,得到相关的试验数据,并进行了处理分析。结果表明:风扇转速是影响扇翼升推力的主要因素,不同迎角和来流速度下扇翼的气动特性也不相同,前缘开口角和叶片安装角对扇翼的气动特性影响也比较大。本试验进一步验证了扇翼的工作原理以及获得控制扇翼飞行器升推力的方法,为大尺寸扇翼无人机的设计制作提供技术支撑。

扇翼飞行器短距起飞性能

为验证扇翼飞行器超短距起飞特性及大载荷特性.以某型6 kg级扇翼飞行器为研究对象,在分析其结构特点和飞行原理的基础上,根据该飞行器在地面与空中的受力情况,建立了扇翼飞行器的纵向模型,使地面滑跑段与空中段有效衔接,并通过数值仿真,对比分析了升降舵偏转量、重心位置、扇翼转速以及载荷量对扇翼飞行器起飞滑跑距离的影响.仿真结果表明:空载时起飞滑跑距离最短;在起飞过程中需要保持升降舵上偏最大角度;重心位置越靠近扇翼力作用点,起飞滑跑距离越短;在这些因素固定的情况下配合适当扇翼转速,最终获得该样机不到9 m的最短起飞滑跑距离.通过对比分析,良好的起飞性能需要几个因素的配合设置.

扇翼飞行器绕翼型流动数值研究

扇翼飞行器以其低速大载荷、低噪音特性在军用及民用领域有着广泛的应用前景.基于CFD软件采用滑移网格技术对简化为二维的绕翼型流动进行数值模拟,得到低速大迎角下绕翼型的流场,分析并比较了不同迎角下的流场结构,给出了升阻力随迎角的变化关系.在此基础上通过比对分析翼型局部几何形状改变后得到的数值模拟结果,得到了飞行器机翼前缘高度对绕翼型流场的影响以及相应的升阻力变化情况,并讨论了引起这些影响和变化的可能原因.最终给出可用于扇翼飞行器设计的方案.

带前缘小翼的扇翼翼型气动特性数值模拟分析

扇翼升力和推力的产生主要依靠翼型前缘弧形槽上方低压涡的形成,使得升力和推力具有较强的耦合关系,如何对其解耦控制是扇翼进一步工程应用的关键。对于扇翼翼型各项几何参数确定的情况下,前缘开口角的大小对扇翼气动性能的影响最大。因此考虑在基准扇翼翼型的前缘安装前缘小翼的方法来改变扇翼前缘开口角的大小,通过数值模拟的方法,对比分析了单片、双片和三片前缘小翼在不同前缘小翼偏转角、来流速度、迎角下对扇翼升力和推力的影响规律。结果表明:通过对前缘小翼偏转角的角度控制不仅仅可以改善扇翼的升力和推力,还可对低压涡的强度和位置进行控制,满足对扇翼气动力的主动控制要求,因而可实现对扇翼飞行器姿态进行操控的目的。

纵列式双扇翼气动特性数值模拟与试验

扇翼飞行器是一种新概念新原理飞行器,尤其是其具有独特空气动力学原理。扇翼能够同时产生升力和推力,为了进一步改善扇翼的气动特性,在不改变扇翼基本几何参数的前提下,沿机身纵向布置前后2个扇翼,组成了纵列式双扇翼飞行器。通过数值模拟的方法,计算了前后扇翼间距、高度和安装角变化时的扇翼升力和推力值,分析了前后扇翼气动特性相互影响的规律。此外还设计了纵列式双扇翼的风洞试验模型,将获得的风洞试验结果与数值计算结果进行了初步的对比验证。结果表明,在一定前后扇翼间距、高度和安装角下,纵列式双扇翼的气动力相比单个扇翼更具优势。因此,纵列式双扇翼布局的飞行器具有很好的发展前景和应用优势。

基于扇翼转速的扇翼机简化配置控制技术

因扇翼机机载空间有限,且其控制系统设计对重心位置较为敏感,提出基于角速率陀螺和GPS的简化配置方案,当常规舵面效率较低或者出现故障时,可以通过扇翼转速的简化配置实现飞机的稳定控制.通过非线性仿真验证了扇翼转速简化配置控制方案的有效性.

基于CFD扇翼推进器水动力特性数值分析

为解决现有水下潜器系统组成复杂、丢失后难以搜寻等问题,借鉴扇翼飞行器理念,提出扇翼推进水下潜器的新概念,弥补现有水下潜器的不足。针对扇翼推进水下潜器的核心装置扇翼推进器的水动力学问题,运用CFD方法计算不同的来流速度、叶片数量、转速、来流迎角和后缘夹角下的扇翼推进器的流场,揭示了扇翼推进器偏心涡、负升力和推力产生的机理,以及上述设计参数对扇翼推进器水动力的影响规律。结果表明:扇翼推进器叶片数取12即可;转速和后缘夹角对扇翼推进器升推比的影响规律相反,可通过权衡设计选定合适的转速和后缘夹角,设计出适配不同水下潜器的扇翼推进器。

扇翼无人机二维机翼气动特性仿真研究

扇翼无人机是一种新概念无人机,其横流风扇叶片的翼型、尺寸、位置、数量、安装角,以及来流速度、风扇转速等因素都会显著影响气动特性.为探究这些因素及变化对扇翼无人机的影响及规律,本文建立起典型扇翼二维机翼模型,通过数值仿真计算的方法进行分析,并重点研究了扇翼来流速度、风扇转速对扇翼气动特性的影响.结果 表明,当扇翼几何参数一定时,在一定范围内提升转速和改变来流速度均能有效提升扇翼的升、推力特性:在无人机设计、运行和使用过程中,应根据实际需要做好来流速度和风扇转速的匹配.

基于CFD扇翼推进器敞水性能预报分析

为解决现有水下潜器系统组成复杂、丢失后难以搜寻等问题,借鉴扇翼飞行器理念,提出扇翼推进水下潜器的新概念,弥补现有水下潜器的不足。针对扇翼推进水下潜器的核心装置扇翼推进器的敞水性能问题,运用CFD方法对比分析了一定的来流速度下,扇翼推进器和可倾斜轴导管桨在定深直航工况下,产生同等负升力和推力条件下的敞水效率。结果表明应用在高升推比的水下潜器上时,扇翼推进器的敞水效率远高于可倾斜轴导管桨,一定程度上论证了扇翼推进水下潜器概念方案的可行性。

扇翼飞行器机翼设计与研究

扇翼飞行器是近年来发展起来的低速大载荷飞行器，本文介绍课题组在过去的两年里通过数学推理、数值计算和风洞试验三种手段对扇翼飞行器进行了研究。通过数学模型了解扇翼飞行器的原理，在原理的指导下进行数值计算。将计算结果指导应用于风洞试验，风洞试验验证理论计算，最终通过这些方法的应用得出一套性能优良的机翼布局方案，笔者也希望这些方法的应用能够给大家一些启发。

多用途扇翼机设计与实现

该文设计了一款多用途扇翼飞行器,在扇翼机的基础上对扇翼机的实际用途进行探究并实现相关功能。该文研究的对象是一架机长为970 mm、翼展为1200 mm且翼面积为39.35 dm^(2)的扇翼机。试验结果表明,该无人机具有超短距起降、大迎角不失速、操纵控制简单、低速飞行稳定性和安全性好等优点,是一种性能介于直升机和固定翼机之间的新型无人机,搭配现有设备就可以在军事、农业、救灾以及运输等方面具有广泛的应用价值。

扇翼飞行器风扇叶片偏角影响数值分析

本文对扇翼飞行器二维机翼的风扇在不同偏角和不同转速下进行了数值模拟，针对数值计算的结果进行分析。升力系数和升阻比随着叶片偏角的增大而减小。来流速度为零时，叶片偏角小于8度时，升力系数随着转速的增大而增大，叶片偏角大于8度时，升力系数随着转速的增大而减小：阻力系数在数值模拟的偏角分为内，同一转速下，随着偏角的增大而增大。

扇翼飞行器垂直升降可行性研究

基于扇翼机的飞行原理,提出通过改变攻角以及增加尾部升力面弦长的方式提高气动效率,进而实现垂直升降的方法;通过建立扇翼飞行器的二维数学模型进行模拟分析、设计试验模型并进行了相关实验比较分析,证明垂直升降的可行性。研究结果表明,增加升力面弦长至原始长度的3倍之后,在无风或迎风风速较小情况下,攻角30°左右即可实现合力垂直向上,即实现垂直升降。

一种两轴和四轴扇翼飞行器的设计

飞行器的发展,一是追求经济性和高效性,这是固定翼飞机的特长;二是追求垂直起降,不需要起降跑道,低空低速性能好,这是直升机的特长。固定翼要求较长的起飞距离,低空低速升力系数差,不适合起降困难地区的使用;直升机整体构造和使用复杂,航程距离短,有效载荷低。该设计对扇翼多轴飞行器进行了从气动分析到设计,再到优化最后进行制作与验证性试飞,这一系列工作难度较大。这一飞行器属于新概念飞行器,从未投入实际运用,可参考资料相对较少,但是具有现有飞行器所不具有的优势。飞行器具有很大的研究价值,应用前景广阔。近年来,国内外正在探索一种新概念扇翼飞行器,它是介于直升机和固定翼飞机之间的一种大载荷低速飞行器,由于扇翼飞行器结构和操控简单,具有高飞行效率、高载荷、低噪声和短距起降等优点,使其具有很大的发展优势,成为近年来飞行器领域新的研究热点[1]。

扇翼流动机理数值模拟研究

以扇翼的气动特性(高升力)为关注焦点,对扇翼流动的流场结构细节进行了数值模拟研究。对有推力二维Lockheed C-141超临界翼型进行数值模拟,验证和确认了扇翼流场的数值模拟方法,并数值模拟了扇翼旋转时的流场结构。结果表明,其高升力来源于固定翼部分上表面高速流动的射流,而这种射流正是由叶片旋转带动扇翼内部流体不断加速喷射得到的。扇翼内部的流动是复杂的非定常流动,存在多种尺度的旋涡、湍流边界层及二者的相互干扰等,使气动力高频振荡,进而可以预测相当的气动噪声是不可避免的。将算法应用于扇翼飞行器的外形设计优化阶段,得到了若干构型的气动性能,为下一步开展的无人机研制工作提供了指导。