| 专利类型 | 发明授权 | 法律事件 | 公开; 实质审查; 授权; |
| 专利有效性 | 有效专利 | 当前状态 | 授权 |
| 申请号 | CN202210065097.9 | 申请日 | 2022-01-20 |
| 公开(公告)号 | CN114291261B | 公开(公告)日 | 2023-09-22 |
| 申请人 | 上海工程技术大学; | 申请人类型 | 学校 |
| 发明人 | 卢立成; 王昭昭; 苏文璐; | 第一发明人 | 卢立成 |
| 权利人 | 上海工程技术大学 | 权利人类型 | 学校 |
| 当前权利人 | 上海工程技术大学 | 当前权利人类型 | 学校 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：上海市 | 城市 | 当前专利权人所在城市：上海市松江区 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：上海市松江区龙腾路333号 | 邮编 | 当前专利权人邮编：201620 |
| 主IPC国际分类 | B64C39/00 | 所有IPC国际分类 | B64C39/00 |
| 专利引用数量 | 4 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 6 | 专利文献类型 | B |
| 专利代理机构 | 上海伯瑞杰知识产权代理有限公司 | 专利代理人 | 孟旭彤; |
| 摘要 | 本 发明 提供了一种扇翼 飞行器 的双横流 风 扇扇翼及其设计方法，所述方法包括：确定扇翼飞行器双横流风扇的初步设计尺寸，建立三维模型；确定仿真计算区域；对双横流风扇进行网格划分；调整小横流风扇比例，分析 气动 特性随小横流风扇大小变化而受到的影响；以及调整双横流风扇的横向距离，分析气动特性随双横流风扇距离不同造成的影响。本发明的双横流风扇扇翼会对扇翼飞行器起到更好的增升作用。 | ||
| 权利要求 | 1.一种扇翼飞行器的双横流风扇扇翼的设计方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种扇翼飞行器的双横流风扇扇翼及其设计方法技术领域[0001] 本发明涉及扇翼飞行器技术领域，具体地，涉及一种扇翼飞行器的双横流风扇扇翼及其设计方法。 背景技术[0002] 扇翼式飞行器一种新型低速、重量轻的载荷飞行器，它具有着降落时间短、大迎角无失速、操作简单、低速运动飞行的稳定性和安全系统良好、有效载荷量大、噪声少等特殊技术，其性能范围介于固定翼飞机、直升飞行器之间。目前扇翼飞行器各国还处于研究阶段，存在很多的难点，例如：扇翼的总体构型以及参数的优化选择、扇翼飞行器的总体的气动布局、横流风扇的涡升力控制技术。由于扇翼的升力和推力存在一定的耦合关系，影响升力的和气动特性的参数比较多，所以进行扇翼的优化以及布局分析变得较为困难。 [0003] 综上所述，需要提供一种基于飞行器扇翼气动特性、双横流风扇式的扇翼及其设计分方法。 发明内容[0005] 为解决上述问题，本发明的技术方案为： [0006] 一种扇翼飞行器的双横流风扇扇翼的设计方法，所述方法包括以下步骤： [0007] 确定扇翼飞行器双横流风扇的初步设计尺寸，建立三维模型； [0008] 确定仿真计算区域； [0009] 对双横流风扇进行网格划分； [0010] 调整小横流风扇比例，分析气动特性随小横流风扇大小变化而受到的影响；以及[0011] 调整双横流风扇的横向距离，分析气动特性随双横流风扇距离不同造成的影响。 [0013] 可选地，所述确定仿真计算区域的步骤具体包括：设定计算区域面积与扇翼的倍数，根据计算精度将计算区域划分为内部结构网格静止域、横流风扇叶片旋转域、外流域局部网格加密区域、外流场结构网格区域。 [0014] 可选地，所述设定计算区域面积与扇翼的倍数为二十倍。 [0015] 可选地，所述调整小横流风扇比例，分析气动特性随小横流风扇大小变化而受到的影响步骤具体包括：在大横流风扇和小横流风扇之间的横向距离不变、大横流风扇和小横流风扇转速保持设定不变的基础上，等比例缩放小横流风扇大小的比例值，基于CFD软件分别进行数值模拟并分析扇翼的升力情况。 [0016] 可选地，所述调整双横流风扇的横向距离，分析气动特性随双横流风扇距离不同造成的影响的步骤具体包括：对于大横流风扇和小横流风扇之间的横向距离进行调整，设定多个横向距离值，基于CFD软件分别进行数值模拟并分析扇翼的升力情况。 [0017] 可选地，所述方法还包括以下步骤： [0018] 在不同来流速度下，基于CFD软件分别进行数值模拟并分析具有双横流风扇的扇翼和具有单横流风扇的扇翼的升力情况。 [0019] 进一步地，本发明还提供一种扇翼飞行器的双横流风扇扇翼，所述双横流风扇扇翼包括大横流风扇和小横流风扇，所述大横流风扇和所述小横流风扇之间设置有用于增加气流流动效果的气流通道。 [0020] 可选地，所述大横流风扇和所述小横流风扇的最佳缩放比例为0.6，所述大横流风扇和所述小横流风扇的最佳横向距离为320mm。 [0021] 与现有的技术相比，本发明通过小横流风扇缩放比例以及双横流风扇横向距离不同的气动特性研究，通过小横流风扇缩放比例的研究发现，在缩放比例为0.6倍其达到的效果是最好的，可以有效提升一部分的升力，大横流风扇带到上翼面的气流在这种状态下可以有效的流入小横流风扇且大部分的气流没有被阻挡在外面；通过对横向距离的研究发现，气流通道要有一定的长度和宽度，让气流可以稳定的流入到下一个横流风扇当中，若通道太短，则气流还未稳定流出就被重新带走，若通道太长，则通道之间就会产生回流现象。在通过对大横流风扇和小横流风扇合理的布局以后，本发明的双横流风扇扇翼会对扇翼飞行器起到更好的增升作用。 附图说明 [0022] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显： [0023] 图1为本发明实施例提供的扇翼飞行器的双横流风扇扇翼设计方法流程框图； [0024] 图2为本发明实施例提供的扇翼飞行器的双横流风扇扇翼结构示意图； [0025] 图3为本发明实施例提供的大横流风扇的尺寸示意图； [0026] 图4为本发明实施例提供的网格计算域示意图； [0027] 图5为本发明实施例提供的扇翼内部的网格计算域示意图； [0028] 图6为本发明实施例提供的非结构网格区域示意图； [0029] 图7为本发明实施例提供的总升力随缩放小横流风扇比例的变化图； [0030] 图8本发明实施例提供的不同的来流速度单横流风扇和双横流风扇对于升力的影响图。 具体实施方式[0031] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。 [0032] 具体地，图1为本发明实施例提供的双横流风扇扇翼结构示意图，如图1所示，所述双横流风扇扇翼包括大横流风扇1和小横流风扇2，其中，所述大横流风扇1和所述小横流风扇2的缩放比例和轴线横向距离可以根据需要设置，在本实施例中，最佳的缩放比例为0.6，最佳的轴线横向距离L为320mm，在所述大横流风扇1和小横流风扇2之间还设置有气流通道3，用于增加气流流动效果。在发明中，通过对横向距离的研究发现，气流通道3要有一定的长度和宽度，让气流可以稳定的流入到下一个横流风扇当中，若气流通道太短，则气流还未稳定流出就被重新带走，若气流通道太长，则气流通道之间就会产生回流现象。 [0033] 本发明通过对小横流风扇缩放比例以及双横流风扇横向距离不同的气动特性研究，提出一种新的扇翼飞行器的双横流风扇扇翼设计方法。具体地，图2为本发明实施例提供的扇翼飞行器的双横流风扇扇翼设计方法流程框图，如图2所示，所述方法包括以下步骤： [0034] S1：确定扇翼飞行器双横流风扇的初步设计尺寸，建立三维模型； [0035] 具体地，通过Creo和SCDM软件进行三维模型的建立，利用Creo软件中三维参数化建模功能，建立三维参数化模型。其中大横流风扇的具体尺寸为如图3和下表1所示。 [0036]符号 名称 数值 Rin 横流风扇外径 150mm Rout 横流风扇内径 98mm rin 叶片内弧半径 68mm rout 叶片外弧半径 96mm σ 叶片间距 22.5° [0037] 表1 [0038] S3：确定仿真计算区域； [0039] 具体地，设定计算区域面积与扇翼的倍数，根据计算精度将计算区域划分为内部结构网格静止域、横流风扇叶片旋转域、外流域局部网格加密区域、外流场结构网格区域。 [0040] 具体为：由于计算做的是瞬态计算，且各部分网格之间存在交界面进行数据信息交换，横流风扇的叶片为一个旋转区域，叶片随网格转动，为无滑移壁面。设定计算区域面积与扇翼的倍数为二十倍，由于扇翼附近结构网格较难划分，且在此附近精度不高，所以在扇翼周围加入一个非结构网格加密区域，在加密区域外采用结构网格进行划分，最后，根据计算精度将计算区域划分为内部结构网格静止域、横流风扇叶片旋转域、外流域局部网格加密区域、外流场结构网格区域，各区域位置图4、图5、图6所示。 [0041] S3：对双横流风扇进行网格划分； [0042] 具体地，在进行网格划分时，采用ICEM CFD软件进行网格划分，采用滑移网格模型。 [0043] S4：调整小横流风扇比例，分析气动特性随小横流风扇大小变化而受到的影响； [0044] 具体地，在两个横流风扇圆心之间的垂直和横向距离不变、两个横流风扇转速保持设定不变的基础上，设定多个等比例缩放小横流风扇大小的比例值，基于CFD软件分别进行数值模拟并分析扇翼的升力情况； [0045] 具体为：两个横流风扇圆心之间的垂直距离S为60mm、横向距离L为320mm，等比例缩放小横流风扇大小的比例分别为0.4、0.5、0.6，大横流风扇的转速设置为2000rpm，小横流风扇的转速设置为800rpm，图7为总升力随缩放小横流风扇比例的变化图，分析结果发现：小横流风扇缩放等比例值为0.6时，总升力值最大。 [0046] S5：调整双横流风扇的横向距离，分析气动特性随双横流风扇距离不同造成的影响； [0047] 具体地，在基于步骤S4中得到的最佳小横流风扇比例的前提下，对于双横流风扇之间的横向距离进行调整，设定多个横向距离值，基于CFD软件分别进行数值模拟并分析扇翼的升力情况； [0048] 具体为：对于双横流风扇而言，大横流风扇经过对来流的整合旋转，将气流带到上翼面处，气流沿着上翼面进行流动，在扇翼内部还设有一个气流通道，两股气流经过小横流风扇，再次进行整流加速，使其上翼面的速度再次加快，在小横流风扇的下方起到了一定的增升的作用。但是两个横流风扇的距离也会对双横流风扇布局最终产生的升力有一定的影响，在此步骤中，在步骤S4中确定的缩放比例为0.6的前提下，对于双横流风扇之间的横向距离进行调整来研究两个横流风扇之间的距离对于气动特性的影响，双横流风扇之间的横向距离分别为320mm、315mm、310mm、305mm、300mm。结果发现：两个横流风扇都产生了明显的偏心涡，这与升力的产生原理一致，提高了一部分的升力，两个横流风扇在所研究的数据当中，总体来看，升力的变化范围较小，在320mm时的升力最大。 [0049] 在一个可选的实施例中，还包括以下步骤： [0050] 基于上述步骤确定的最佳小横流风扇比例和最佳双横流风扇的横向距离的基础上，在不同来流速度下，基于CFD软件分别进行数值模拟并分析具有双横流风扇的扇翼和具有单横流风扇的扇翼的升力情况。 [0051] 具体为：基于步骤S4和步骤S5确定出的双横流风扇的布局，大小横流风扇的圆心之间的垂直距离S为60mm、横向距离L为320mm，小横流风扇的缩放比例为大横流风扇的0.6倍，来流速度分别为5m/s、10m/s、15m/s、20m/s、25m/s。图8为不同的来流速度单横流风扇和双横流风扇对于升力的影响，结果表明双横流风扇布局产生的升力是要大于单横流风扇式的布局，双横流风扇的布局可以提供更多的升力，并且从图8中可以看出，升力的大小随着来流速度的增大而增大。 [0052] 与现有的技术相比，本发明通过小横流风扇缩放比例以及双横流风扇横向距离不同的气动特性研究，通过小横流风扇缩放比例的研究发现，在缩放比例为0.6倍其达到的效果是最好的，可以有效提升一部分的升力，大横流风扇带到上翼面的气流在这种状态下可以有效的流入小横流风扇且大部分的气流没有被阻挡在外面；通过对横向距离的研究发现，气流通道要有一定的长度和宽度，让气流可以稳定的流入到下一个横流风扇当中，若通道太短，则气流还未稳定流出就被重新带走，若通道太长，则通道之间就会产生回流现象。在通过对大横流风扇和小横流风扇合理的布局以后，本发明的双横流风扇扇翼会对扇翼飞行器起到更好的增升作用。 |
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