高空长航时无人机后掠桨叶气动性能研究
发布时间：2021-02-07 07:48
高空长航时无人机螺旋桨气动设计,对全机综合性能具有重要影响。但时,现有的螺旋桨设计,存在高速性能欠佳,飞行速度在偏离设计点时气动效率下降很快的问题,使得定距螺旋桨推进系统难以满足高空长航时无人机快速爬升和快速机动的设计要求。针对这一问题,本文将桨叶后掠的设计思想应用于螺旋桨桨叶气动设计,使得高空长航时无人机既能够低速巡航,又能够以较快速度进行机动和爬升。论文完成的研究工作主要包括如下几个方面:首先,发展了桨叶后掠螺旋桨的几何建模和参数化方法。本文提出了在保证桨叶表面积不变的前提下,分别从无后掠桨叶展长一半处将桨叶积叠线沿着叶素扭转角方向后掠的建模方法。这种建模方法能够保证桨叶在后掠的过程中不发生弯曲,避免了桨叶表面积不同以及桨叶弯曲对结果的影响。同时,为了寻找最优后掠角度,发展了桨叶后掠的参数化研究方法。按照上述方法生成了5个不同后掠角度的桨叶,为保证桨尖压缩性相同,要求5个不同后掠角度的桨叶具有相同的桨尖马赫数,并以此为条件确定各个螺旋桨的转速。其次,发展了针对桨叶后掠螺旋桨黏性绕流的CFD（Computational Fluid Dynamics）数值模拟方法。为验证后掠桨叶减弱桨...
【文章来源】：南昌航空大学江西省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 太阳能高空长航时无人机研究现状
1.2.2 氢动力高空长航时无人机研究现状
1.2.3 常规动力高空长航时无人机研究现状
1.2.4 高空螺旋桨研究现状
1.3 主要工作内容
1.4 章节安排
第2章 桨叶物理模型介绍
2.1 螺旋桨基本概念介绍
2.1.1 螺旋桨几何特性介绍
2.1.2 螺旋桨运动特性介绍
2.2 无后掠桨叶建模说明
2.3 后掠桨叶设计方法
2.4 后掠螺旋桨半径及转速确定方法
2.5 本章小结
第3章 数值模拟方案的确定
3.1 基本控制方程及湍流模型
3.1.1 基本控制方程
3.1.2 湍流模型
3.1.3 湍流模型的确定
3.2 运动参考系方法
3.2.1 运动参考系下的控制方程
3.2.2 单运动参考系方法
3.2.3 多运动参考系方法
3.2.4 滑移网格方法
3.3 离散网格分类及选取
3.3.1 结构网格方案
3.3.2 非结构网格方案
3.3.3 网格类型的确定
3.4 数值方法网格无关性验证及结果校核
3.4.1 网格无关性验证
3.4.2 计算结果校核
3.5 本章小结
第4章 桨叶计算结果及分析
4.1 无后掠桨叶螺旋桨气动性能分析
4.2 后掠桨叶螺旋桨计算结果及分析
4.3 本章小结
第5章 结论与展望
5.1 本文研究结论
5.2 未来研究展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
一、攻读硕士学位期间发表的论文
二、攻读硕士学位期间的基金项目
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国首款大型太阳能无人机完成两万米高空飞行[J]. 苑轩. 中国航天. 2017(07)
[2]耦合多螺旋桨滑流影响的低雷诺数机翼设计[J]. 王科雷,周洲,祝小平. 航空学报. 2017(06)
[3]临近空间超长航时太阳能无人机发展及关键技术[J]. 陶于金. 航空制造技术. 2016(18)
[4]低雷诺数分布式螺旋桨滑流气动影响[J]. 王科雷,祝小平,周洲,王红波. 航空学报. 2016(09)
[5]临近空间螺旋桨叶素非定常等离子体增效实验研究[J]. 田学敏,田希晖,车学科,聂万胜,陈庆亚,姜家文,周思引. 核聚变与等离子体物理. 2015(04)
[6]低雷诺数下翼型分离流动抽吸控制优化[J]. 张旺龙,谭俊杰,陈志华,任登凤. 空气动力学学报. 2015(06)
[7]太阳能/氢能无人机总体设计与能源管理策略研究[J]. 刘莉,杜孟尧,张晓辉,张超,徐广通,王正平. 航空学报. 2016(01)
[8]低雷诺数翼型蒙皮主动振动气动特性及流场结构数值研究[J]. 刘强,刘周,白鹏,李锋. 力学学报. 2016(02)
[9]一种推进式螺旋桨无人机滑流效应影响研究[J]. 陈广强,白鹏,詹慧玲,纪楚群. 空气动力学学报. 2015(04)
[10]平流层螺旋桨多工况等离子体增效控制方案研究[J]. 李国强,周思引,倪章松,车学科. 航空计算技术. 2014(02)
博士论文
[1]太阳能/氢能混合动力小型无人机总体设计[D]. 李延平.北京理工大学 2014
硕士论文
[1]平流层飞艇高效螺旋桨设计与试验研究[D]. 聂营.中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心） 2008
本文编号：3021925
【文章来源】：南昌航空大学江西省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 太阳能高空长航时无人机研究现状
1.2.2 氢动力高空长航时无人机研究现状
1.2.3 常规动力高空长航时无人机研究现状
1.2.4 高空螺旋桨研究现状
1.3 主要工作内容
1.4 章节安排
第2章 桨叶物理模型介绍
2.1 螺旋桨基本概念介绍
2.1.1 螺旋桨几何特性介绍
2.1.2 螺旋桨运动特性介绍
2.2 无后掠桨叶建模说明
2.3 后掠桨叶设计方法
2.4 后掠螺旋桨半径及转速确定方法
2.5 本章小结
第3章 数值模拟方案的确定
3.1 基本控制方程及湍流模型
3.1.1 基本控制方程
3.1.2 湍流模型
3.1.3 湍流模型的确定
3.2 运动参考系方法
3.2.1 运动参考系下的控制方程
3.2.2 单运动参考系方法
3.2.3 多运动参考系方法
3.2.4 滑移网格方法
3.3 离散网格分类及选取
3.3.1 结构网格方案
3.3.2 非结构网格方案
3.3.3 网格类型的确定
3.4 数值方法网格无关性验证及结果校核
3.4.1 网格无关性验证
3.4.2 计算结果校核
3.5 本章小结
第4章 桨叶计算结果及分析
4.1 无后掠桨叶螺旋桨气动性能分析
4.2 后掠桨叶螺旋桨计算结果及分析
4.3 本章小结
第5章 结论与展望
5.1 本文研究结论
5.2 未来研究展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
一、攻读硕士学位期间发表的论文
二、攻读硕士学位期间的基金项目
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国首款大型太阳能无人机完成两万米高空飞行[J]. 苑轩. 中国航天. 2017(07)
[2]耦合多螺旋桨滑流影响的低雷诺数机翼设计[J]. 王科雷,周洲,祝小平. 航空学报. 2017(06)
[3]临近空间超长航时太阳能无人机发展及关键技术[J]. 陶于金. 航空制造技术. 2016(18)
[4]低雷诺数分布式螺旋桨滑流气动影响[J]. 王科雷,祝小平,周洲,王红波. 航空学报. 2016(09)
[5]临近空间螺旋桨叶素非定常等离子体增效实验研究[J]. 田学敏,田希晖,车学科,聂万胜,陈庆亚,姜家文,周思引. 核聚变与等离子体物理. 2015(04)
[6]低雷诺数下翼型分离流动抽吸控制优化[J]. 张旺龙,谭俊杰,陈志华,任登凤. 空气动力学学报. 2015(06)
[7]太阳能/氢能无人机总体设计与能源管理策略研究[J]. 刘莉,杜孟尧,张晓辉,张超,徐广通,王正平. 航空学报. 2016(01)
[8]低雷诺数翼型蒙皮主动振动气动特性及流场结构数值研究[J]. 刘强,刘周,白鹏,李锋. 力学学报. 2016(02)
[9]一种推进式螺旋桨无人机滑流效应影响研究[J]. 陈广强,白鹏,詹慧玲,纪楚群. 空气动力学学报. 2015(04)
[10]平流层螺旋桨多工况等离子体增效控制方案研究[J]. 李国强,周思引,倪章松,车学科. 航空计算技术. 2014(02)
博士论文
[1]太阳能/氢能混合动力小型无人机总体设计[D]. 李延平.北京理工大学 2014
硕士论文
[1]平流层飞艇高效螺旋桨设计与试验研究[D]. 聂营.中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心） 2008
本文编号：3021925
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