带变向环涵道风扇矢量推进系统气动特性分析

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1、总第174期2013年第1期直升机技术HEUCOPI'ERTECHNIQUETotalNo．174No．12013文章编号：1673—1220(2013)01舶4舶带变向环涵道风扇矢量推进系统气动特性分析丁自强，陆洋，陈仁良(南京航空航天大学直升机旋翼动力学重点实验室，江苏南京210016)摘要针对带变向环涵道风扇矢量推进(V11DP)系统，使用FLuENT结合动量源方法对其流场和气动特性进行分析，研究了该系统各偏转部件在不同偏转角度组合状态下对系统气动特性的影响。计算结果表明变向环可以有效地将涵道风扇产生的

2、部分拉力转变为侧向力，同时还可以提高风扇产生的拉力；但偏转量过大会加快系统迎风阻力的增大。关键词Ⅵ’DP；变向环；动量源；CFD中图分类号：v211．52文献标识码：AA船lysisofAerodyn锄icCharacteristicsoftheVectoredThr髑tDuctedPropeller、)l，ithSectorsDINGZiqiang，LUYang，CHENRenliang(NationalKey‰ory0fRotorcraftAemmechanics，NU从，N删ing210016，Chin

3、a)Abstr扯tAgeomet矗cmodelfortheVectoredthrustduetedpropeUerwi出sectors(ⅥDP)systemwasdevel叩edint}lisp印er．ThenbasedonFLUENTandmomentum—sourcemetllod，tllenowfieldandaemdyTl锄icch缸acteristicsofthemodelwasanaLlyzed．Forthedenectioncomponentsofthesystemintllestateofd诳

4、brentdenectioncombination，tlIeimpactoftheaemdyn踟icch眦cteris·ticswasinvestigated．CalculationresultsshowtIlatsectorscanconVertpartialthmstforcetoyawingforce8ndimprovethet量111Jstforcepmducedbypr叩eller．However，alargedeflectionandeofsec—torsmadethedragforceincre

5、弱esf如ter．Key、阳rdsvTDP；sectors；momentum—source；CFDo精篆羰跫篙畿㈤要篡大幅提高飞行速度已成为当今直升机发展的趋进(vTDP)系统(见图1)可以有效地提升复合式直势之一，为了达到这一目标，各类型的高速复合式直升机的最大飞行速度，改善直升机的操纵性能，在复升机应运而生。已有的几种高速复合式直升机包合式高速直升机中具有良好的应用前景；同时相比收稿日期：2012一lO—10基金项目：江苏省优势学科资助。作者简介：丁自强(1988一)，男，江苏大丰人，硕士研究生，主要研究

6、方向：直升机空气动力学。2013年第1期丁自强，陆洋，陈仁良：带变向环涵道风扇矢量推进系统气动特性分析’5·于其他几种构型的复合式直升机，具有造价低和风险小的优势，且方便利用现有直升机的机体进行改装‘1

7、。(a)X一49”速度鹰”(1J)VTDP图lX一49“速度鹰”及VIDP系统国外早在20世纪50年代便开始了针对涵道风扇系统的相关研究。文献[2—3]开展了大量的试验来研究设计参数对涵道风扇系统的影响，试验变量包括涵道唇口外形、涵道长度、涵道扩张角、风扇在涵道中的位置、风扇总距、风扇桨叶翼型、风扇桨叶片数以

8、及桨尖间隙在不同来流和风扇转速下涵道风扇系统的推力特性等。这些试验结果对于涵道风扇系统设计以及研究涵道产生附加推力机理具有重要的作用。Jonatll肌nenling等人则通过试验方法对各种增强涵道风扇无人飞行器(UAV)纵向平面操纵性的方法进行对比研究HJ，其中包括传统的偏转以及其他的辅助操纵装置，然后根据试验结果总结出若干控制系统设计中需要注意的问题。I印acioGuerrer

9、0，KeuykndeIlberg等人为iSrrAR系列涵道风扇式无人机开发了基于动量理论的涵道风扇矢量推进系统的计算模型HJ，但计

10、算结果误差较大。国内，孙传伟、谈勤怡等人采用经典的涡流理论和面元法组合理论建立了涵道螺桨组合体气动特性工程分析模型【6J，可为涵道体、螺旋桨、导流片以及垂直舵面的组合设计提供理论指导。陈仁良、张德先、孔卫红等人先后通过试验和CFD方法对涵道风扇矢量推进系统进行了理论和试验研究o7

11、，得出了关于系统的若干结论，建立了一个处在斜流状态下，能够同时考虑涵道、风扇以及舵面相互作用的涵道风扇矢量推进系统气动模