升力风扇唇口特征几何与其气动性能关联性分析

悬停状态下,唇口可为升力风扇提供接近一半的升力,是垂直起降飞行器动力装置的重要气动部件。以挖掘影响升力风扇唇口性能的几何参数为目标,针对某升力风扇应用需求设计了4种唇口,采用经过试验验证的数值分析方法研究了造成唇口性能差异的流场及几何因素,在此基础上研究了唇口几何参数与气动性能的关联关系并进行了验证。结果表明:10000 r/min的风扇转速下,双纽线唇口比基于NACA65设计唇口的无量纲升力和无量纲流量分别提高33%与9.5%;对于文中研究对象,当唇口内表面斜率等于2倍双纽线斜率时,唇口的性能参数最优,大于或小于2倍双纽线斜率时,唇口性能均会降低;10000 r/min的风扇转速下,与双纽线唇口相比,基于2倍双纽线斜率设计的唇口可使升力风扇的总升力提高5.6%。

进气唇口构型对小型电驱式涵道风扇性能影响研究

电驱涵道风扇因其低油耗,更加符合航空绿色、高效、安全的发展目标。开展电驱动涵道风扇动力研究具有重要的工程实践意义。文章首先使用数值模拟方法对4种不同唇口构型的涵道风扇性能进行研究,并搭建动力测试平台进行验证,在回流风洞中对不同唇口构型的涵道风扇进行推力测试,研究不同唇口构型对小型电驱涵道风扇气动性能的影响。研究结果表明:不同唇口构型涵道风扇的气动差异较明显;涵道风扇唇口半径增大使涵道进气量增大进而增加涵道推力,但过大的唇口半径在较大风速(31 m/s以上)时会增加涵道风扇的风阻,在流场上表现为涵道唇口处产生漩涡结构,影响涵道风扇的气动性能;在100%油门开度、14.2 m/s风速时,相比于内敛式进气唇口,喇叭状、外扩式进气唇口构型的净推力分别提高了17.58%、12.77%;在49.3 m/s风速时,喇叭状进气唇口的风阻相比内敛式进气唇口的增加了14.85%。

入口唇角对喷水管道流动性能影响的数值分析

应用CFD技术对平进口式喷水推进系统的三维流动进行了数值模拟。从进水管道流动损失、出流品质和管内压力分布等方面性能出发,对比分析5种不同管道入口唇角线型方案对管道流动性能的影响。数值分析结果表明,进水管道入口唇角位置适当靠前且唇缘相对尖锐有利于改善进水管道的流动性能。

涵道唇口对共轴双旋翼气动特性的影响

涵道本体对于提高飞行器整体拉力起着显著作用。单旋翼和共轴双旋翼高速旋转时在涵道唇口产生绕流,形成低压区,使涵道本体产生附加拉力。基于有限体积法,研究涵道唇口对单旋翼和共轴双旋翼的影响。分析表明,涵道唇口对单旋翼以及共轴双旋的气动特性产生强烈影响,单旋翼产生的拉力随着唇口半径的逐渐增大而增大。对于共轴双旋翼,唇口半径的变化在一定程度上改变上下旋翼拉力分配,使得上旋翼拉力逐渐增大,下旋翼拉力逐渐减小。当半径无限增大,涵道共轴双旋翼机构趋同于共轴双旋翼机构,计算结果也表明,其上下旋翼拉力分配关系与共轴双旋翼的相吻合。

涵道风扇外形参数对气动特性的影响

以某涵道风扇为原型,从理论上分析涵道扩张角对涵道风扇气动特性的影响。运用滑移网格模型,采用三维不可压黏性Navier-Stokes控制方程,利用SST k-ω湍流模型,计算两叶桨气动特性,并与试验结果对比,验证该方法的可行性。分别计算涵道风扇在悬停状态下,3000-8500 r/min转速范围内,涵道唇口外形、扩张角和涵道高度对气动特性的影响,并对流场进行分析。椭圆形唇口的涵道风扇总拉力系数小,气动效率低;当涵道扩张角在8.2°附近时,功率系数相对最小,随着扩张角增大,在桨盘下方靠近涵道壁面附近出现气流分离;涵道拉力系数对涵道风扇高度的变化敏感度低,随着高度增加功率系数略有下降。

喷水推进进口流道唇口参数对出口不均匀度和驻点位置影响分析

当今高性能舰船对喷水推进装置性能要求与日俱增,位于上游的进口流道形状对推进泵水动力性能的充分发挥有重要影响。进口流道形状会影响出口流场的不均匀度和唇口驻点的位置,唇口驻点位置合理,出口流场均匀,进入推进泵的流场质量就好,有利于推进器水动力性能的发挥。论文通过CFD方法分析研究了进口流道唇口参数对出口不均匀度和唇口驻点位置的影响,得出了唇口参数对出口不均匀度和唇口驻点位置影响规律,对进口流道唇口参数的优化选择有重要的工程指导意义。

涵道螺旋桨设计变量的影响及其流动机理

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。