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一种耦合CFD修正的螺旋桨快速设计方法 被引量：10
1
作者 郭佳豪 周洲 范中允 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期67-76,共10页
基于叶素动量理论及涡流理论的螺旋桨快速设计方法,由于设计采用的叶素气动力与真实情况存在差异,设计的螺旋桨存在拉力偏差,且不能保证较高的效率。为解决此问题,采用螺旋桨数值模拟的结果对设计进行修正。假设桨叶叶素最大升阻比对应... 基于叶素动量理论及涡流理论的螺旋桨快速设计方法,由于设计采用的叶素气动力与真实情况存在差异,设计的螺旋桨存在拉力偏差,且不能保证较高的效率。为解决此问题,采用螺旋桨数值模拟的结果对设计进行修正。假设桨叶叶素最大升阻比对应的气动力沿径向相同,可通过数值模拟结果反解该气动力,再根据所得气动力进行螺旋桨的重新设计,建立耦合CFD修正的螺旋桨快速设计方法。结果表明,对于太阳能无人机小型螺旋桨的设计,本文设计方法一方面能够较好地满足拉力要求,另一方面相比于传统设计方法螺旋桨效率可提高2.75%。在采用代理优化的方法对螺旋桨翼型进行优化后,相比于传统设计方法螺旋桨效率进一步提高了3.95%。且该方法只需进行少量的CFD计算即可,相比于直接采用数值模拟优化螺旋桨的弦长及扭转角分布,设计周期更短。 展开更多
关键词 太阳能无人机 螺旋桨 叶素动量理论 多重参考系法 代理模型 优化设计 高效率
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分布式动力系统参数对翼身融合布局无人机气动特性的影响 被引量：9
2
作者 张阳 周洲 +1 位作者 王科雷 范中允 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期17-26,共10页
以耦合分布式动力系统的边界层吸入(BLI)翼身融合(BWB)布局无人机为研究对象,研究了动力系统参数对全机在巡航/起飞条件下的气动影响。使用动量源方法(MSM)对NASA涵道螺旋桨模型进行了数值计算,验证了文中数值计算方法的可靠性。采用结... 以耦合分布式动力系统的边界层吸入(BLI)翼身融合(BWB)布局无人机为研究对象,研究了动力系统参数对全机在巡航/起飞条件下的气动影响。使用动量源方法(MSM)对NASA涵道螺旋桨模型进行了数值计算,验证了文中数值计算方法的可靠性。采用结构网格及S-A湍流模型求解雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程的方法,对装配D80涵道风扇的全机构型在巡航状态下的气动特性进行了数值计算,验证了BWB布局飞行器在分布式动力系统影响下具有增升的气动效果,并与不同动力系统尺寸参数的构型进行了对比。研究了动力系统推力大小对起飞状态下全机的气动影响。研究表明,由于分布式动力系统的抽吸作用,有效提高了机身附近的流速,同时一定程度上抑制了气流的展向流动,使得全机的升力系数提高了16%,升阻比提高了10%;在同等推力的条件下,D80涵道风扇桨盘载荷更大,使得进出口静压较小,气流流速较大,相比于D150涵道风扇,全机升阻比提高了15%;起飞时增大动力系统推力可以降低机身上表面气流分离的可能性,具备提高起飞质量的能力。 展开更多
关键词 分布式动力 边界层吸入 翼身融合 涵道风扇 动量源方法 气动特性
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一种给定拉力分布的螺旋桨设计方法及应用 被引量：1
3
作者 郭佳豪 周洲 范中允 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期1238-1246,共9页
从螺旋桨设计出发,通过设计合适的螺旋桨,得到有利的螺旋桨滑流形式,进而改善螺旋桨/机翼构型中机翼的气动特性。通过改变螺旋桨径向拉力分布控制螺旋桨滑流,提出一种根据给定拉力分布进行螺旋桨设计的方法,并验证方法的可行性。将最小... 从螺旋桨设计出发,通过设计合适的螺旋桨,得到有利的螺旋桨滑流形式,进而改善螺旋桨/机翼构型中机翼的气动特性。通过改变螺旋桨径向拉力分布控制螺旋桨滑流,提出一种根据给定拉力分布进行螺旋桨设计的方法,并验证方法的可行性。将最小能量损失设计的螺旋桨与不同拉力分布形式设计的螺旋桨应用于多螺旋桨/机翼构型中,研究螺旋桨变化对其后机翼气动特性的影响。结果表明:通过改变螺旋桨拉力分布能够改变螺旋桨滑流,进而改变后方机翼的气动特性。拉力分布较为和缓的螺旋桨,虽其本身效率有所下降,但能够对后方机翼带来增升减阻的效果,相比于最小能量损失设计结果,升阻比可提高9.94%。 展开更多
关键词 螺旋桨设计 滑流 多螺旋桨/机翼 多重参考系法 混合网格
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一种可任意给定环量分布的螺旋桨设计方法 被引量：8
4
作者 范中允 周洲 祝小平 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期434-441,共8页
提出了一种螺旋桨快速设计方法,该方法可以根据任意给定的环量分布及工况快速设计出高效率螺旋桨的几何外形(桨叶弦长、扭转角分布)。为对比有叶素阻力与无叶素阻力的最佳环量分布形式,首先对计入和不计叶素阻力下的最佳环量分布表达式... 提出了一种螺旋桨快速设计方法,该方法可以根据任意给定的环量分布及工况快速设计出高效率螺旋桨的几何外形(桨叶弦长、扭转角分布)。为对比有叶素阻力与无叶素阻力的最佳环量分布形式,首先对计入和不计叶素阻力下的最佳环量分布表达式进行了推导,分析了各参数对最佳环量分布形状的影响。然后基于片条理论进行了逆向推导,建立了以环量分布为输入的螺旋桨快速设计方法,并分析了螺旋桨理想效率的影响因素,发现理想效率的水平与来流动压、桨盘载荷有关。最后进行了螺旋桨设计实践,对比分析了不同环量分布下螺旋桨性能的差异。结果表明,所提出的设计方法能够根据给定环量分布进行精确设计,相对误差不超过7%,设计性能与参考文献中设计结果的差别不超过2%。 展开更多
关键词 螺旋桨 叶素 环量 涡流 空气动力学
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高鲁棒性的螺旋桨片条理论非线性修正方法 被引量：6
5
作者 范中允 周洲 +2 位作者 祝小平 王睿 王科雷 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期27-40,共14页
针对螺旋桨极端状态分析计算的问题,对片条理论(BEMT)方法进行了一定的改进。虽然片条理论在常规工况下能够比较准确地计算拉力和功率,但在考虑严重非线性的部分工况下,如很低或很高前进比状态,传统片条理论存在一定的局限性,无法可靠... 针对螺旋桨极端状态分析计算的问题,对片条理论(BEMT)方法进行了一定的改进。虽然片条理论在常规工况下能够比较准确地计算拉力和功率,但在考虑严重非线性的部分工况下,如很低或很高前进比状态,传统片条理论存在一定的局限性,无法可靠地计算拉力、功率、环量分布及诱导速度。鉴于此,分析了传统片条理论方程解的不唯一性和诱导速度的奇异性,然后结合涡流理论提出了一种环量迭代修正方法,解决了传统片条理论在极端工况下的计算困难。另一方面,为了兼顾多种叶素非线性效应,应用人工神经网络对叶素的大迎角特性、低雷诺数特性及跨声速特性进行特征提取,并为片条理论提供高效的叶素非线性气动特性预测。通过与计算及试验结果对比,验证了修正片条理论方法针对本文计算模型能够在很低/很高前进比下进行准确计算。在本文算例中,拉力和功率的相对误差在常规工作段可以保持在5%以内,在很低和很高前进比下仍可以保持在10%以内。 展开更多
关键词 螺旋桨 片条理论 神经网络 垂直起降 涡流
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基于气动载荷分布的螺旋桨诱导流场重构设计 被引量：5
6
作者 王科雷 周洲 +2 位作者 祝小平 郭佳豪 范中允 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期58-69,共12页
基于分布式电推进飞行器创新性发展理念,以螺旋桨滑流耦合下机翼气动效率最优为目标开展螺旋桨诱导流场重构设计研究。首先,通过构建基于动量源方法的准定常数值模拟技术,建立了螺旋桨桨盘载荷分布与诱导流场特性之间的联系;然后,基于... 基于分布式电推进飞行器创新性发展理念,以螺旋桨滑流耦合下机翼气动效率最优为目标开展螺旋桨诱导流场重构设计研究。首先,通过构建基于动量源方法的准定常数值模拟技术,建立了螺旋桨桨盘载荷分布与诱导流场特性之间的联系;然后,基于对螺旋桨桨盘气动载荷分布曲线的参数化控制,提出了螺旋桨诱导流场重构优化设计思想及设计方法;最后,通过相关设计结果的对比分析验证了所提出螺旋桨诱导流场重构设计思想及设计方法的有效性和可靠性。结果表明:与等拉力最小诱导损失螺旋桨相比较,基于所提出诱导流场重构设计思想设计得到的螺旋桨最优气动载荷分布耦合下的机翼气动效率得到显著改善,在本文设计状态下,机翼翼段计算升力相对提高10.40%,计算阻力相对降低7.05%,计算升阻比相对增大18.77%。 展开更多
关键词 分布式电推进 螺旋桨 动量源 气动载荷分布 流场重构
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螺旋桨/机翼耦合下的目标螺旋桨滑流设计 被引量：2
7
作者 薛臣 周洲 +1 位作者 范中允 李旭 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期104-118,共15页
针对分布式电推进(DEP)构型等具有多螺旋桨特征的飞行器,发展了通过优化螺旋桨滑流来达到提高机翼升阻比的方法。提出了一种可以获得目标诱导速度分布的螺旋桨设计方法,基于面元法发展了一套可以快速计算螺旋桨机翼干扰的气动程序Prop-w... 针对分布式电推进(DEP)构型等具有多螺旋桨特征的飞行器,发展了通过优化螺旋桨滑流来达到提高机翼升阻比的方法。提出了一种可以获得目标诱导速度分布的螺旋桨设计方法,基于面元法发展了一套可以快速计算螺旋桨机翼干扰的气动程序Prop-wing,基于Kriging代理模型建立了一套高效的优化方法获得最优的螺旋桨诱导速度分布提高机翼升阻比。优化结果显示当拉力保持相同时,螺旋桨桨毂附近的轴向诱导速度越大,下游机翼的升阻比越大。在不对螺旋桨功率进行限制时,优化后的螺旋桨使得下游的翼段阻力相比较安装最小能量损失设计的螺旋桨的翼段减少了18.75%,而翼段升阻比提升达到了25.63%,当优化螺旋桨功率被限制后,翼段升阻比提升为9.62%。虽然升阻比的提升需要付出螺旋桨效率下降的代价,但是研究还是给分布式动力滑流的利用提供了一种思路。 展开更多
关键词 分布式电推进(DEP) 滑流 螺旋桨设计 减阻 Kriging代理模型
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翼上螺旋桨构型耦合气动特性及翼型优化设计 被引量：2
8
作者 范中允 周洲 +1 位作者 祝小平 郭佳豪 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期73-87,共15页
针对半环形式翼上螺旋桨构型,研究了螺旋桨-机翼耦合流场特性,并以短距起降(STOL)状态最优升阻特性为目标对机翼翼型进行全局优化。首先,针对螺旋桨-气动面耦合构型,通过动量源法与真实桨叶模型CFD的计算对比,分析动量源法用于该构型设... 针对半环形式翼上螺旋桨构型,研究了螺旋桨-机翼耦合流场特性,并以短距起降(STOL)状态最优升阻特性为目标对机翼翼型进行全局优化。首先,针对螺旋桨-气动面耦合构型,通过动量源法与真实桨叶模型CFD的计算对比,分析动量源法用于该构型设计分析的可行性。其次,为得到有利于桨-翼耦合特征的新翼型,建立了翼上螺旋桨构型自由型面变形(FFD)参数化模型,采用遗传算法对翼上螺旋桨构型机翼翼型进行全局寻优设计,分析了优化翼型参数及流场变化规律。最后,将优化翼型用于三维半环形机翼,分析其流场特性与二维计算结果的异同,验证二维翼型优化的有效性。结果表明:真实桨叶多重参考系(MRF)方法不能准确计算翼上螺旋桨构型下的流场结构,而动量源法计算结果与真实桨叶滑移网格非定常方法较为吻合;采用二维动量源CFD方法进行翼型的遗传算法优化是有效的,受半涵道的保护,二维优化翼型的优势在三维构型中得到了有效继承;翼上螺旋桨构型的翼型优化应当着重关注翼面曲率变化,在本文计算状态下,通过增加桨盘附近翼面曲率、保持附着流动来加强Coanda效应,有效实现了气动增升,优化后机翼升力提高了22.51%,显著减弱桨盘后高压区并产生二次吸力峰值,同时保持了机翼负阻力特性。 展开更多
关键词 螺旋桨 机翼 翼型 垂直/短距起降 空气动力学 半涵道机翼
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