低雷诺数旋翼桨叶设计与数值仿真分析

发布时间：2017-09-27 19:21

  本文关键词：低雷诺数旋翼桨叶设计与数值仿真分析

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【摘要】：近年来,电动多旋翼无人飞行器在民用低空拍摄,军用侦查等领域得到广泛应用。旋翼是旋翼飞行器的主要升力部件,旋翼桨叶在旋转时与周围空气相互作用,产生旋翼轴向拉力。由于电机转速,电池容量、有效载荷、结构布局以及控制系统等因素的限制,桨叶结构采用几何定距,弦长为非线性分布。效率值是衡量桨叶性能的重要指标,是设计螺旋桨几何结构的主要目的。旋翼垂直飞行主要包括悬停,上升,下降三种状态;动量、叶素理论、涡流理论是设计与计算桨叶气动性能的理论基础。本文主要研究与设计旋翼在垂直匀速上升及悬停状态飞行时,能够与载荷、功率等相关参数相匹配的高效率桨叶几何结构。雷诺数是决定翼型气动性能的重要参数,是流体惯性力与粘性力比值的量度,其值在叶素中的变化范围为5410~10,属于低雷诺数范围,考虑到粘性的作用,借助XFOIL软件进行翼型的气动参数计算,并嵌入到MATLAB编制的总程序中。另外,利用自由尾迹法建立起针对悬停飞行状态时的桨叶气动结构的设计方案,在CFD相关理论知识及运用FLUENT软件的基础上,归纳总结出一套关于螺旋桨及翼型的数值计算流程,为设计与分析提供有力的支持。
【关键词】：螺旋桨 片条理论 自由尾迹 MATLAB XFOIL
【学位授予单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V275.1
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-14
• 1.1 国内外研究11-12
• 1.2 本文研究内容12-14
• 1.2.1 桨叶气动设计12-13
• 1.2.2 数值仿真分析13-14
• 第二章 低雷诺数旋翼气动理论与计算14-26
• 2.1 动量理论14-16
• 2.2 叶素理论16-21
• 2.2.1 叶素理论简述16-18
• 2.2.2 翼型18-19
• 2.2.3 气动粘性19-21
• 2.3 涡流理论21-22
• 2.3.1 儒氏旋翼涡系与片条理论21
• 2.3.2 螺旋桨优化设计21-22
• 2.4 桨叶性能测试22-23
• 2.5 编程计算与结果分析23-26
• 2.5.1 计入粘性的动量叶素法计算23-24
• 2.5.2 片条理论计算24-26
• 第三章 自由涡系模型与桨叶气动性能计算26-37
• 3.1 引言26
• 3.2 自由涡系模型26-33
• 3.2.1 涡动力方程与桨叶附着涡布置27-29
• 3.2.2 近尾迹单元求解域离散29-31
• 3.2.3 桨尖涡模型与远尾迹模型31-33
• 3.3 桨叶附着环量计算与分析33-37
• 第四章 低雷诺数旋翼几何定距桨叶设计方法研究37-53
• 4.1 引言37
• 4.2 理论模型分析37-42
• 4.2.1 垂直匀速上升状态37-39
• 4.2.2 均匀入流的悬停状态39-40
• 4.2.3 非均匀入流的悬停状态40-42
• 4.3 计算程序的设计42-48
• 4.3.1 迭代条件的分析43-45
• 4.3.2 迭代条件与流程的确定45-48
• 4.4 设计程序的计算结果与分析48-53
• 第五章 旋翼CFD理论基础与数值仿真分析53-68
• 5.1 引言53-54
• 5.2 控制方程54-56
• 5.2.1 粘性流动N-S方程55
• 5.2.2 湍流控制方程55-56
• 5.2.3 控制方程离散方法与边界条件56
• 5.3 网格划分技术56-57
• 5.4 流场求解计算57-58
• 5.5 数值计算结果分析58-63
• 5.5.1 翼型58-59
• 5.5.2 计算结果与分析59-63
• 5.6 桨叶桨尖63-64
• 5.7 桨叶64-68
• 结论68-70
• 参考文献70-73
• 致谢73-74
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 项松;王吉;张利国;佟胜喜;吴江;刘远强;;一种高效率螺旋桨设计方法[J];航空动力学报;2015年01期

2 钟伯文，乔志德;螺旋桨性能计算的升力线与升力面方法[J];推进技术;1994年05期

3 陈泽民 ,潘杰元;一种计算螺旋桨性能的高效升力线法[J];航空动力学报;1991年04期

4 乔志德,李洪军;低速粘性流动中翼型的气动特性计算[J];空气动力学学报;1986年03期

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本文编号：931489