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1、中圖分類號(hào)：V211.52論文編號(hào)：102870116-B054學(xué)科分類號(hào)：082501博士學(xué)位論文扇翼空氣動(dòng)力特性數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究研究生姓名杜思亮學(xué)科、專業(yè)飛行器設(shè)計(jì)研究方向直升機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)指導(dǎo)教師陳仁良教授唐正飛副教授南京航空航天大學(xué)研究生院航空宇航學(xué)院二О一六年九月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringNumericalSimulationandExperimentalStudyonAerodynam
2、icCharacteristicsofFanWingAThesisinAerospaceScienceandTechnologybyDuSiliangAdvisedbyProfessorChenRenliangSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofEngineeringSeptember,2016承諾書本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學(xué)位論文的研究成果不包含任何他人
3、享有著作權(quán)的內(nèi)容。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人授權(quán)南京航空航天大學(xué)可以有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱,可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。(保密的學(xué)位論文在解密后適用本承諾書)作者簽名：日期：南京航空航天大學(xué)博士學(xué)位論文摘要扇翼飛行器是一種新概念新原理飛行器，尤其是它具有獨(dú)特空氣動(dòng)力學(xué)原理的機(jī)翼——扇翼。對(duì)扇翼氣動(dòng)力的分析，涉及到氣流旋轉(zhuǎn)、切割、分離、畸變等多種非定常、非線性空氣動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)理論問(wèn)題，現(xiàn)有飛行器空氣動(dòng)力學(xué)的動(dòng)量
4、（滑流）理論、葉素（片條）理論、渦流理論都不能對(duì)其作出較好的描述和預(yù)測(cè)。此外，影響扇翼分布式推力、渦升力的因素很多，包括風(fēng)扇的幾何參數(shù)、風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速、風(fēng)扇與機(jī)翼翼面的相對(duì)位置、機(jī)翼的參數(shù)和形狀、來(lái)流的大小和方向等，給分析扇翼推力、升力的規(guī)律及其控制技術(shù)造成很大困難。本文將對(duì)扇翼的空氣動(dòng)力學(xué)原理、升推力產(chǎn)生的機(jī)理、以及升推力的控制技術(shù)等關(guān)鍵問(wèn)題，以理論研究為基礎(chǔ)、數(shù)值模擬為主要方法、試驗(yàn)驗(yàn)證為手段的研究方案，結(jié)合我國(guó)扇翼飛行器演示驗(yàn)證課題為背景，分析并驗(yàn)證相關(guān)氣動(dòng)力優(yōu)化方案，為扇翼飛行器早日投入實(shí)用階段奠定基礎(chǔ)。具體研究?jī)?nèi)容為：（1）扇翼氣動(dòng)特性數(shù)值模擬
5、研究：建立適合扇翼原理研究的數(shù)學(xué)模型（控制方程）、網(wǎng)格劃分方法、邊界條件和初始條件、迭代方法等，進(jìn)行扇翼渦升力、分布式推力以及流場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算。此外，通過(guò)分析前緣小翼和后緣襟翼對(duì)扇翼氣動(dòng)力的控制特性，找出適合于扇翼飛行器姿態(tài)控制的方法。（2）扇翼氣動(dòng)特性試驗(yàn)研究：研制適合扇翼原理研究的試驗(yàn)?zāi)Ｐ秃脱b置，采用適當(dāng)?shù)臏y(cè)量技術(shù)和方法，進(jìn)行扇翼風(fēng)洞吹風(fēng)試驗(yàn)，測(cè)量其升力、推力、功率及流場(chǎng)等，分析橫流風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、來(lái)流速度、迎角對(duì)扇翼氣動(dòng)力的影響，驗(yàn)證本文建立的CFD方法的準(zhǔn)確性。（3）扇翼氣動(dòng)特性機(jī)理研究：通過(guò)對(duì)扇翼內(nèi)部偏心渦形成的模擬，分析了扇翼內(nèi)部偏心渦形成的過(guò)程
6、和原因，同時(shí)也分析了偏心渦對(duì)扇翼氣動(dòng)特性的影響。此外，通過(guò)對(duì)扇翼周圍流場(chǎng)及流場(chǎng)速度的試驗(yàn)與數(shù)值分析，揭示扇翼渦升力、分布式推力形成的機(jī)理和探討了觀察渦形成的試驗(yàn)方法。（4）扇翼氣動(dòng)特性改善研究：為了進(jìn)一步改善扇翼的氣動(dòng)特性，在不改變扇翼基本幾何參數(shù)的前提下，通過(guò)數(shù)值模擬和試驗(yàn)的方法對(duì)扇翼翼型進(jìn)行了附面層流動(dòng)控制研究。此外還研究了縱列雙扇翼布局對(duì)整機(jī)氣動(dòng)特性的優(yōu)化效果，分別分析了扇翼間距、高度、前后安裝角參數(shù)的影響，并進(jìn)行了縱列雙扇翼布局的風(fēng)洞吹風(fēng)試驗(yàn)驗(yàn)證。通過(guò)以上研究，獲得了一套適合于分析扇翼空氣動(dòng)力學(xué)原理的數(shù)值模擬計(jì)算方法，建立了一種分析扇翼氣動(dòng)力
7、的理論分析方法，揭示了扇翼渦升力、分布式推力形成的機(jī)理，提出了渦形成的可視化研究方法，創(chuàng)建了扇翼飛行器升推力的控制方法以及給出了扇翼在實(shí)際應(yīng)用時(shí)的增升減阻和布局方法。關(guān)鍵字：扇翼，橫流風(fēng)扇，風(fēng)洞試驗(yàn)，數(shù)值模擬，氣動(dòng)優(yōu)化i南京航空航天大學(xué)博士學(xué)位論文ABSTRACTFanwingaircraftisanewconceptofnewaircraft,especially,itsfanwingwithuniqueaerodynamiccharacteristic.Analysisoffanwingaerodynamicsrelatestotheairsep
8、aration,cutting,rotation,distortionandotherunsteadyand
