垂直起降无人机涵道螺旋桨系统特性及计算方法研究

一种新型垂直起降固定翼货运无人机设计作者：郑轩宇来源：《中国科技博览》2018年第18期[摘要]随着在线消费市场的高度发展，城市货运需求越来越大。

而结合城市道路交通的复杂性，货运无人机作为货运工具的重要性越来越受到人们关注。

本文提出了一种新型垂直起降倾转动力固定翼货运无人机平台设计概念：该概念飞行器采用涵道风扇垂直起降结合固定翼模式完成飞行任务，满足城市起降低要求的特点和固定翼飞机高速、高效率的特点。

并对货运无人机的运行、站点布置进行了规划。

[关键词]垂直起降，货运无人机平台，涵道风扇，倾转动力固定翼飞机中图分类号：S655 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）18-0160-011.绪论随着技术的逐渐进步成熟，各种新型垂直起降飞行器概念设计层出不穷，遍及各个方面。

大到城市飞行器，小到航拍器，都成为发展研究的热门话题。

但上述垂直起降飞行器多以多旋翼构型为主，与直升飞机原理类似，虽能完成垂直起降，但水平飞行速度较慢，效率较低。

相比之下，垂直起降结合固定翼构型作为一种用途广泛的技术，受到许多国家的重视。

随着对空中货运需求量的增加，快递企业纷纷开始研发快速便捷的空中货运平台。

对于货运无人机来说，垂直起降固定翼飞行器具有速度快、运载能力强的优势，可以缩短送货周期的前提下增加货物运输量，进而增加效率。

综上，本文设计了一款新型垂直起降货运无人机平台。

考虑到货运无人机主要是进行不同网点之间的配送，将货物送往人力配送较难、较慢的偏远地区，该平台采用涵道风扇垂直起降结合固定翼布局形式。

同时为了满货运无人机快速拆装的需求，设计了快速拆卸货仓模块。

相信该飞行器将会为未来无人机货运提供一种新的解决方案。

2.垂直起降固定翼货运无人机设计本文设计的垂直起降货运无人机平台，机长8m，主翼翼展8.1m，机翼面积4.56m2，鸭翼翼展1.8m，涵道风扇直径1.8m。

机体质量约400kg，货仓重量空载约200kg，最大起飞重量800kg，有效载荷150kg。

涵道无人机研究现状与结构设计
涵道无人机研究现状与结构设计
涵道无人机具有垂直起降和悬停的飞行特性, 在体积、隐蔽性和飞行性能上都具有鲜明的特点, 已成为当今微小型无人机研究开发领域的研究热点.系统地介绍了涵道无人机的发展历史和现状, 并从结构设计和气动设计等角度综合分析了其技术特点, 从总体上归纳了涵道无人机的结构设计体系, 并对各部件工作机理和气动特点进行了分析.
作者：徐嘉范宁军作者单位：北京理工大学刊名：飞航导弹PKU英文刊名：WINGED MISSILES JOURNAL 年，卷(期)：2008 ""(1) 分类号：V2 关键词：涵道无人机研究现状结构设计。

垂直起降无人机涵道螺旋桨地面效应研究周　煜 1,2, 陈伟政 1,2(1. 中国船舶科学研究中心, 江苏 无锡, 214082; 2. 深海技术科学太湖实验室, 江苏 无锡, 214082)摘 要: 近年来, 涵道螺旋桨作为一种性能优异的推进器被广泛应用于各种垂直起降无人机中, 但国内关于其地面效应的研究还较少。

针对此, 文中使用了基于雷诺平均Navier-Stokes方程和多重参考坐标系的求解方法,通过数值仿真分别计算了不同离地高度下, 3种不同桨叶数的涵道螺旋桨各部件所受力和力矩的变化情况。

并结合计算流体动力学计算结果分析了气动特性变化机理, 结果表明在近地高度达到一定值时, 涵道螺旋桨的气动特性发生显著变化, 螺旋桨部分升力增大但涵道部分升力减小, 系统整体所受反扭矩增加。

最终量化成升力系数、功率系数和品质因子的变化, 发现随着离地高度的降低, 功率系数明显增大, 涵道螺旋桨的升力系数和品质因子的变化与螺旋桨桨叶数有关。

由此得到了地面效应对涵道螺旋桨气动特性影响的初步结论。

关键词: 垂直起降无人机; 涵道螺旋桨; 地面效应; 气动特性中图分类号: TJ85; V211.3 文献标识码: A 文章编号: 2096-3920(2023)06-0942-07DOI: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0075Research on Ground Effect of Ducted Fans of VTOL UAVsZHOU Yu1,2,　CHEN Weizheng1,2(1. China Ship Scientific research center, Wuxi 214082, China; 2. Taihu Laboratory, Wuxi 214082, China)Abstract: In recent years, ducted fans, as a kind of propeller with excellent performance, have been widely used in various vertical take-off and landing(VTOL) unmanned aerial vehicles(UAVs). However, there is less research on its ground effect in China. Therefore, in this paper, a solution method based on Reynolds mean Navier-Stokes (RANS) equations and multiple reference coordinate system(MRF) was used. Through numerical simulation, the force and torque changes of each part of the ducted fans with three different blade numbers at different elevations were calculated. The changing mechanism of aerodynamic characteristics was analyzed by calculation results of computational fluid dynamics. The results show that when the altitude near the ground reaches a certain value, the aerodynamic characteristics of the ducted fans change significantly. The lift force of the propeller increases, but that of the duct decreases, and the reverse torque of the whole system increases, which were finally quantified as the variation of lift coefficient, power coefficient, and quality factor. The power coefficient increases significantly with the decrease in the elevation, and the variation of lift coefficient and quality factor of the ducted fans is related to the number of propeller blades. A preliminary conclusion on the influence of ground effect on the aerodynamic characteristics of ducted fans is thus obtained.Keywords: vertical take-off and landing unmanned aerial vehicle; ducted fan; ground effect; aerodynamic characteristics0　引言近年来, 无人机在各种军事和民用领域中得到广泛使用。

总第155期2008年第3期直升机技术H EL I C O PT ER TE C H N I Q U E1．o t al N o．155N o．32008文章编号：1673—1220(2008)03-035-06涵道螺旋桨式反扭矩系统气动特性工程计算方法研究孙传伟(南京航空航天大学直升机旋翼动力学国家级重点实验室，南京，210016)摘要分别采用涡流理论、面元一薄翼型和源～汇模型的组合建模方法建立了包括螺旋桨、涵道体和中心体模型在内的反扭矩系统气动特性分析程序，并分别以B el l X一22涵道螺旋桨及D oak涵道螺旋桨系统为算例，计算和分析了轴流和斜流情况下、在不同前进比时，涵道螺旋桨系统的气动特性，并得到了涵道体内外表面压力分布规律。

关键词涵道；螺旋桨；气动；兰金体；涡流；源一汇中图分类号：V211．24文献标识码：AA n E ngi neer i ng-O r i ent ed M et hod f or a D uct e d Pr opel l er‘A e r odynam i c s A nal ys i s．SH U C huan．w ei(N at i nal ke y L abor a t ar y of R ot o r cr af t A e rm e oha ui es，N a nj i ng U ni ver s i t y of A er on aut i cs a nd A st r onaut i cs，N anj i ng，210016)A bs t r actB as ed on t he vo r t e x t heor y and t h i n ai r foi l m et hod，an engi ne eri ng ori ent e d m et h od f ort he duc t e d-pr ope l l er ant i-t or que s ys t em w a s i nvest i gat e d，i nc l ude d t he ai r foi l s haped duc t ed body，pr opel l e r and t he ce nt ra l bod y m odel l ing t echnol ogy．W i t h exam pl es of B el l X一22and a D oa k f u l l si ze duet ed pr opel l e r m odel，t he aer odynam i c per f orm ance at any a ngl e of at t ac k and advance r at i os w er e c ac ul at e d，a nd al so w i t h t he pre ss ure di st r i but i on on t he surf ac e of t he duct ed body．K ey w or ds due t e d；prope l l er；ae rodyna m i cs；ra nki e；vort ex；sour ce-s i nkl前言带有涵道风扇或螺旋桨式反扭矩系统的直升机是直升机家族中的一员，代表机种有A S一365及其改型、E C一120系列以及著名的“卡曼奇”直升机等。

２０２０年１０月第３８卷第５期西北工业大学学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＯｃｔ．Ｖｏｌ．３８２０２０Ｎｏ．５ｈｔｔｐｓ：／／ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１０５１／ｊｎｗｐｕ／２０２０３８５１０３８收稿日期：２０１９⁃１２⁃１０基金项目：中央高校基本科研业务费（Ｇ２０２０ＫＹ０５１１５）资助作者简介：邓阳平（１９８０ ），西北工业大学副研究员㊁博士，主要从事飞行器总体设计和飞行力学研究㊂涵道螺旋桨地面效应试验与数值计算研究邓阳平１，米百刚１，詹浩１，曹飞２（１．西北工业大学航空学院，陕西西安㊀７１００７２；２．中国兵器工业导航与控制技术研究所，北京㊀１０００８９）摘㊀要：开展了载人垂直起降飞行器使用的涵道螺旋桨系统在地面效应影响下的气动特性分析研究工作㊂基于地面试验和结合滑移网格技术的ＣＦＤ方法，对比分析了不同近地高度下的涵道螺旋桨拉力和功率特性，并通过ＣＦＤ计算结果较为详细地揭示了地面效应的影响机理㊂结论表明，地面的存在形成了阻滞涵道出口喷流的高压区和向上的反弹气流，共同影响了整体的气动特性，使得系统的整体拉力减小，所需功率增大㊂受高压阻滞气流影响，螺旋桨拉力增大，而反弹涡环吸入唇口后，减小了涵道的拉力㊂随着近地高度的增大，地面效应影响减弱，且功率恢复较快，而整体拉力恢复相对滞后㊂综合来看，地面明显地影响了涵道螺旋桨系统近地悬停状态的气动效能，需要在进行气动和总体方案设计时予以重点考虑㊂关㊀键㊀词：涵道；螺旋桨；流场特性；数值模拟；地面效应；滑移网格；计算流体力学；地面试验中图分类号：Ｖ２１１．３㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：１０００⁃２７５８（２０２０）０５⁃１０３８⁃０９㊀㊀涵道螺旋桨是一种将传统螺旋桨置于圆环形涵道内所构成的提供推（拉）力或升力的推进装置，其结构紧凑，气动噪声低，使用安全性好，在同样功耗下较相同直径的孤立螺旋桨可产生更大的气动力㊂因为涵道螺旋桨的这些独特优势，其被广泛应用于地面效应飞行器㊁微小型垂直起降飞行器和最新的城市空运电动垂直起降飞行器等［１⁃３］㊂因为涵道和螺旋桨之间的相互影响，涵道螺旋桨的气动特性比较复杂，特别是在有横向来流的情况下㊂美国ＮＡＳＡ研究中心在２０世纪６０年代针对涵道螺旋桨在倾转涵道垂直起降飞行器上的应用，进行了一系列的风洞试验研究，获得了大量的试验数据［４⁃８］㊂针对涵道螺旋桨在微小型垂直起降无人机上应用，Ａｂｒｅｇｏ㊁Ｊｏｎａｔｈａｎ㊁Ｍａｒｔｉｎ㊁Ｇｒａｆ等开展了微小型涵道螺旋桨的风洞试验研究，并使用油流㊁ＰＩＶ等流场显示技术，对涵道内部的流动细节进行了分析，研究了涵道形状㊁桨叶壁面间隙等对涵道螺旋桨轴向性能（悬停，垂直上升和下降）和前飞性能的影响［９⁃１２］㊂李建波等［１３⁃１４］针对一种短涵道无人飞行器开展了涵道风扇风洞试验研究，得出前飞时涵道阻力较大，涵道风扇若作为升力装置仅适用于强调悬停和低速飞行性能的飞行器的结论㊂随着计算流体力学（ＣＦＤ）方法的发展，国内外开始广泛地使用ＣＦＤ方法开展涵道螺旋桨气动特性分析研究及优化设计［１５⁃１７］㊂许和勇㊁苏运德等［１８⁃２０］应用非定常Ｅｕｌｅｒ方程数值模拟对比研究了涵道螺旋桨与孤立螺旋桨气动性能，分析了桨尖间隙和双桨间距对共轴双螺旋桨涵道的气动性能的影响㊂杨磊㊁李晓华㊁邓阳平㊁蔡红明等［２１⁃２４］使用基于滑移网格技术的非定常计算方法，通过求解Ｎａｖｉｅｒ⁃Ｓｔｏｋｅｓ（Ｎ⁃Ｓ）方程对涵道螺旋桨不同状态的气动力进行了数值模拟，分析了倾转过程㊁涵道本体㊁螺旋桨位置㊁飞行速度㊁螺旋桨转速等对涵道螺旋桨系统非定常气动特性的影响㊂涵道螺旋桨在垂直起降飞行器上的大量应用使得研究人员开始关注地面效应对其气动性能的影响，在这方面也开展了相关的研究工作㊂Ｈａｎ等通过试验和ＣＦＤ仿真研究了单桨涵道在地面㊁天花板以及竖直壁面等环境下的气动特性；韩翰等［２５⁃２６］通过台架试验研究了单螺旋桨和共轴涵道双螺旋桨在近地面时的气动特性，并应用数值计算方法对涵道螺旋桨地面效应气动特性的产生机理进行了分析，第５期邓阳平，等：涵道螺旋桨地面效应试验与数值计算研究但所研究的涵道尺寸小㊁螺旋桨桨尖马赫数低，只适用于微小型飞行器，对于大型涵道式垂直起降飞行器的借鉴意义有限㊂因而，对于大型涵道螺旋桨，其地面效应的影响规律㊁机理等尚需要开展大量的研究工作㊂本文以用于载人垂直起降飞行器的大型涵道螺旋桨为研究对象，通过地面台架试验，研究涵道出口与地面之间的间距（近地距离）对涵道螺旋桨拉力以及驱动功率的影响，并使用高精度的ＣＦＤ数值仿真技术，开展ＣＦＤ计算结果与试验结果的对比验证工作㊂基于ＣＦＤ计算得到的流场结果，详细研究分析地面效应对涵道螺旋桨系统的影响机理㊂１㊀试验方案１．１㊀涵道螺旋桨模型试验用涵道螺旋桨系统的涵道壳体为木质结构，而四片桨叶为保证外形精度和强度，采用金属加工而成，根部为圆柱形并由中心金属盘夹紧，手动调节桨距（见图１）㊂螺旋桨桨叶使用ＡＲＡＤ系列翼型（见图２），翼根到翼尖的扭转角为ϕ＝２０ʎ，涵道外形以美国ＮＡＳＡ测试的涵道为原型［６］，经过扩放修改而来，具体外形见图３㊂最终本文的试验涵道螺旋桨系统外形参数见表１㊂图１㊀四叶螺旋桨试验模型图２螺旋桨桨叶翼型及扭转图３㊀涵道外形示意表１㊀涵道螺旋桨试验模型参数项目数值桨叶数４桨叶直径／ｍｍ６５４涵道内径／ｍｍ６６０涵道出口直径／ｍｍ８０１涵道高度／ｍｍ３９８桨壁间隙／ｍｍ３１．２㊀模型安装试验用涵道螺旋桨系统的安装如图４所示，螺旋桨由一台安装在整流罩内的大功率中频电机驱动，电机与涵道螺旋桨一起水平固定安装在金属平台上，金属平台再安装在框式测力天平的上部，由天平测量整个涵道螺旋桨系统的拉力㊂在涵道出口外侧垂直安装有一块２ｍˑ４ｍ大小的木质平板用于模拟地面，其距离涵道出口的距离可以手动调节㊂进而模拟不同的涵道距地面高度㊂图４㊀试验模型安装１．３㊀试验设备及数据采集试验使用六分量盒式天平测量涵道螺旋桨系统整体性能，天平的具体技术参数如表２所示㊂采集时主要使用Ｘ分量，测量涵道螺旋桨整体的拉力㊂试验数据采集使用ＶＸＩ数据采集系统，其主要㊃９３０１㊃西㊀北㊀工㊀业㊀大㊀学㊀学㊀报第３８卷指标如下：①通道数：３２；②Ａ／Ｄ位数：１６位；③采集速度：不小于１００ｋＨｚ／通道；④配备相应的放大器和低通滤波器，滤波截止频率１０ ２ˑ１０４Ｈｚ可调，有２ˑ１０４，１ˑ１０４，５ˑ１０４，２ˑ１０４，１ˑ１０４，５００，２００，１００，５０，２０，１０Ｈｚ共１１个档；⑤缓存长度２Ｍｓａ／通道㊂试验记录了试验电压和电流，用以计算涵道螺旋桨桨的驱动电机的输入功率，然后根据电机效率等参数计算得到输出功率㊂电压表使用的是ＭＦ３５型万用电表㊂ＭＦ３５型万用电表是一种高精度多量限的携带式仪表，可以分别测量直流电流㊁电压，交流电流㊁电压，直流电阻和音频电平㊂电流表使用的是ＶＩＶＴＯＲ６０５６Ｅ型电流表㊂ＶＩＣＴＯＲ６０５６Ｅ是一种性能稳定，安全㊁可靠的３３／４位交直流数字钳形表，可用于测量交直流电压㊁交直流电流㊁电阻㊁二极管㊁电路通断㊁频率等㊂试验使用红外数字转速仪测量转速，试验用红外数字转速仪可精确到１ｒ／ｍｉｎ㊂表２㊀盒式天平性能指标项目／单元ＹＸＺＭｙＭｘＭｚ设计载荷／（Ｎ，Ｎ㊃ｍ）ʃ５０００ʃ１２００ʃ５００ʃ３００ʃ３００ʃ８００校准载荷／（Ｎ，Ｎ㊃ｍ）ʃ４５１１．１ʃ１０９８．３ʃ４５１．１ʃ２７４．６ʃ２７４．６ʃ７２５．７综合加载重复性０．０１７０．０６００．０７２０．０５９０．００４０．００５综合加载重误差０．０３０．１１０．１６０．０６０．０３０．０３１．４㊀数据处理涵道螺旋桨系统拉力及驱动功率按以下公式无因次化处理为拉力系数ＣＴ和功率系数ＣＰ，式中Ｔ和Ｐ分别表示拉力和驱动功率，ρ为空气密度，ｎ为旋转速度，Ｄ为涵道内径㊂ＣＴ＝Ｔρｎ２Ｄ４（１）ＣＰ＝Ｐρｎ３Ｄ５（２）２㊀数值计算方法２．１㊀控制方程本文使用的控制方程为积分形式的三维可压缩非定常Ｎ⁃Ｓ方程，其表达式为∂∂ｔ∬ＶＷｄＶ＋∬∂ＶＦ㊃ｎｄｓ＝１Ｒｅ∬∂ＶＦｖ㊃ｎｄｓ（３）式中：Ｖ为任意控制体；Ｗ是守恒变量；Ｆ为无黏（对流）通矢量项；Ｆｖ为黏性通量；∂Ｖ为控制体的边界；ｎ为控制体边界单位外法向矢量；Ｒｅ为计算的雷诺数㊂计算使用的程序为ＡＮＳＹＳＣＦＸ，湍流模型为对逆压梯度流动模拟精度较高的ｋ⁃ωＳＳＴ（切应力输运）模型［１４］，空间离散使用二阶ｈｉｇｈｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ方法㊂２．２㊀滑移网格技术桨叶与涵道之间存在强烈的气动干扰，本质上这种影响作用呈现高度非定常特性㊂准确捕捉这种非定常特性的基础就是对螺旋桨转动引起的非定常气动效应的准确计算，本文采用滑移网格技术［２７］来模拟螺旋桨的旋转运动㊂滑移网格将计算域分为动静区域，两者之间使用滑移交界面进行连接，交界面实际上是一对形状完全相同的几何面，动域网格整体沿着交界面进行运动㊂由于交界面上的网格不需要对齐，通量传递通过节点之间的信息插值实现，极大地方便了复杂模型的仿真分析㊂其基本原理见图５㊂图５㊀滑移网格技术３㊀计算模型与网格数值仿真模型与实际试验模型稍有区别，主要㊃０４０１㊃第５期邓阳平，等：涵道螺旋桨地面效应试验与数值计算研究是简化删除了桨毂㊂按照本文的计算方法，将涵道所在流场域划分为静止域和旋转动域２个区域，两者之间使用交界面（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）来插值传递数据㊂需要注意的是，由于旋转域中包含了部分的涵道内部面，在给旋转域施加旋转速度时也会在该面上附加速度，但是实际上它是静止的，所以设置边界是要额外给该面附加反向旋转速度来抵消旋转效应㊂外场边界为开口边界，该边界既允许气流流入也允许流出，地面设置为静止壁面㊂详细边界条件设置见图６㊂计算网格使用对外形适应性较好的非结构网格（见图７）㊂文献［２３］指出，附面层对涵道螺旋桨的图６㊀边界条件设置图７㊀计算网格气动性能影响明显，因此本文在划分计算网格时，在所有的壁面上均设置了附面层㊂首层网格高度取为１ˑ１０－６ｍ，对应的壁面平均ｙ＋ʈ１．１㊂在涵道入口㊁出口以及桨叶前后缘㊁桨尖等部位进行网格加密，最终划分总网格量为１５００万，其中外部静止域８００万，内部旋转域７００万㊂４　结果分析使用本文的计算方法对不同近地高度下的涵道螺旋桨气动特性进行数值计算，并与试验值进行对比㊂尽管近地高度不同，但由于海拔高度差别不大，所以大气参数均取为海平面，也即ρ＝１．２２５ｋｇ／ｍ３，转速ｎ＝５９００ｒ／ｍｉｎ，对应的桨尖马赫数为０．６，近地距离分别取为Ｈ／Ｄ＝０．１７６，０．２３５，０．３０３，０．４５５以及无地板情形，其中，Ｄ为涵道内径，Ｈ为涵道出口与模拟地板之间的实际距离㊂计算得到的涵道螺旋桨系统的拉力以及相应的功率变化分别见图８㊂图８显示在各个桨距角下，计算得到的拉力和功率值与试验吻合得较好，最大误差不超过１３％㊂图８㊀不同近地高度下的涵道螺旋桨气动特性计算与试验值对比㊃１４０１㊃西㊀北㊀工㊀业㊀大㊀学㊀学㊀报第３８卷试验时涵道螺旋桨前部的整流罩的尺寸较大（直径３３０ｍｍ，长度１０００ｍｍ），可以对涵道系统的性能产生影响，因此计算误差有一部分来源于该简化过程㊂如能加以考虑，计算精度还可以进一步提高㊂近地高度比较小时，流场比较复杂，计算结果的吻合程度稍差，随着近地距离的增加，计算值与试验值的一致性更好㊂除此之外，模型的简化也是误差来源之一㊂随着桨距角的增大，涵道螺旋桨系统的拉力增大，功率增大，并且拉力㊁功率与桨距角的变化关系近似为线性㊂这主要是因为在所取的桨距角范围内，螺旋桨表面并未发生大范围的流动分离，仅是桨距角在基准上增大４ʎ后，桨尖上部出现局部的分离流动，但是全局流动特性基本上还是表现为线性（见图９）㊂图９㊀桨叶表面极限流线从图８可以看出，涵道螺旋桨系统下方放置地面后，地面的存在使得涵道螺旋桨系统的整体拉力减小，并且所需要的功率增大，也就是说地面的存在使得涵道螺旋桨的性能和效率下降㊂其原因可以从涵道和螺旋桨两部分来进行分析㊂涵道螺旋桨系统产生拉力的部件主要为螺旋桨和涵道本身，其中螺旋桨由于桨叶的上下翼面压差产生升力，而涵道则是因为螺旋桨气流被环箍在管道内部，流管先收缩，然后经过涵道后端扩张产生类似喷流的效果，从而间接的产生拉力㊂由于处于静止状态，涵道本身并不会产生扭矩，整个系统的扭矩来源主要是从螺旋桨旋转产生，也就是说整体系统耗费的功率都是为了驱动螺旋桨㊂引入地面效应后，涵道出口的喷流受到阻滞，在地面与涵道螺旋桨系统之间形成一个 高压区 ，也正是这个高压区的存在，影响了涵道和螺旋桨的气动特性㊂图１０显示了不同桨距角下的分部件拉力情况㊂可以看出，相比无地面理想情形，在近地面情况下，同一桨距角下的涵道拉力下降，而螺旋桨的拉力增大，但是由于涵道损失的拉力过多，总的拉力仍表现为减小趋势㊂涵道的拉力显著减小与高压气流反弹形成的 涡环（ｖｏｒｔｅｘｒｉｎｇ） 相关，如图１０所示㊂图１０㊀分部件拉力计算值由于涵道出口的尾喷流存在斜射现象，因此会在撞击地面后产生部分反弹气流，受到唇口低压区域的吸引，形成位于涵道外部的 涡环 （见图１０）㊂该涡环本质上是一种次生的低能量流体，耗费了系统的能量㊂涵道自身因为该气流的影响，其前缘吸力峰降低，产生的拉力减小㊂而螺旋桨的拉力增大一方面是由于地面效应引起的 高压区 引起了下翼面压力的增大，另一方面也与吸入的 涡环 相关，因为流量有所增加，因此上翼面的吸力有所增大，扩大了上下翼面的压力差，最终使得螺旋桨的拉力提高（见图１１至１３）㊂但是这种増升作用付出了功率的代价，反弹气流要被吸入涵道内部，需要螺旋桨做功克服其反弹速度，所以多数情况下同样的桨㊃２４０１㊃第５期邓阳平，等：涵道螺旋桨地面效应试验与数值计算研究图１１㊀有无地面干扰时的空间流线图１２㊀有无地面干扰时的截面压力云图图１３㊀涵道螺旋桨系统截面压力分布（Ｈ／ｈ＝０．２，该压力系数基于涵道入口处气流性质计算得到）距角下，地面效应影响下的涵道螺旋桨使用功率较无地面干扰要大㊂由此也可以看出，地面的存在对涵道螺旋桨的效能产生了不利影响，它显著地减少了总拉力并增大了所需驱动功率，在进行该类飞行器设计时需要充分考虑地面效应影响下的动力需求㊂图１４显示了不同桨距角增量时的拉力和功率随着近地高度增加的关系图㊂可以看出随着近地高度的增加，地面效应对涵道螺旋桨系统的拉力和功率的影响都在减小，且对拉力的影响程度衰减较功率要慢㊂当近地高度为Ｈ／Ｄ＝０．３０３或０．４５５时，整体拉力与无地面差别依然较大，但是功率已经基本上接近㊂其原因是，功率主要由螺旋桨产生，其影响效果受地面高压区和反弹的涡环共同影响，近地高度增大后，高压区减弱较快，而涡环的变化相对较慢，因此螺旋桨的功率恢复较快，而涵道受影响较大，性能恢复相对滞后㊂图１４㊀涵道螺旋桨气动力计算值随近地距离变化㊃３４０１㊃西㊀北㊀工㊀业㊀大㊀学㊀学㊀报第３８卷５㊀结㊀论本文以用于载人垂直起降飞行器的大型涵道螺旋桨升力系统为研究对象，通过地面试验和ＣＦＤ计算验证２种途径，对不同近地高度下的涵道螺旋桨气动特性进行了验证分析，得到的主要结论有：１）基于滑移网格技术的ＣＦＤ计算方法能够较为准确地计算获取地面效应影响下的涵道螺旋桨气动特性，拉力和功率与试验值吻合较好，表明该方法的有效性；２）地面效应使得涵道螺旋桨的气动特性相比无干扰状态有所损失，整体拉力减小，所需功率增加；３）地面效应引起的气流阻滞产生的高压区是引起螺旋桨拉力增大的主要原因，而对涵道来讲，其拉力减小的原因主要是反弹气流再吸入引起的唇口吸力峰减弱；４）随着近地高度的增加，地面效应的影响逐渐减弱，且功率恢复较快，而整体拉力的恢复相对滞后㊂由于大型涵道螺旋桨流动现象复杂，与常规螺旋桨存在很大差异，本文的工作只是初步揭示了地面效应在该动力装置中的影响作用，后续仍需要进行大量的数值计算和试验验证对比工作，深入分析其影响机理，指导总体方案的设计工作㊂参考文献：［１］㊀徐德康．空中客车的城市空中交通计划［Ｊ］．国际航空，２０１７（８）：７７⁃７９ＸＵＤｅｋａｎｇ．ＡｉｒｂｕｓᶄｓＵｒｂａｎＭｏｂｉｌｉｔｙＰｌａｎｓ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＡｖｉａｔｉｏｎ，２０１７（８）：７７⁃７９（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［２］㊀刘正，吴昊．城市空运的发展现状与前景［Ｊ］．国际航空，２０１８（９）：３８⁃４２ＬＩＵＺｈｅｎｇ，ＷＵＨａｏ．ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＳｔａｔｕｓａｎｄＰｒｏｓｐｅｃｔｏｆＵｒｂａｎＡｉｒＴｒａｎｓｐｏｒｔ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＡｖｉａｔｉｏｎ，２０１８（９）：３８⁃４２（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［３］㊀林赛㊃比杰瑞加德．城市空中交通兴起在望［Ｊ］．国际航空，２０１９（４）：５３⁃５５ＬＩＮＢ．ＵｒｂａｎＡｉｒＴｒａｆｆｉｃｉｓｏｎｔｈｅＲｉｓｅ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＡｖｉａｔｉｏｎ，２０１９（４）：５３⁃５５（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［４］㊀ＰＡＵＬＦＹ，ＫＥＮＮＥＴＨＷＭ．ＡＷｉｎｄ⁃ＴｕｎｎｅｌＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆａ４⁃Ｆｏｏｔ⁃ＤｉａｍｅｔｅｒＤｕｃｔｅｄＦａｎＭｏｕｎｔｅｄｏｎｔｈｅＴｉｐｏｆａＳｅｍｉｓｐａｎＷｉｎｇ［Ｒ］．ＮＡＳＡＴＮＤ⁃７７６１９６１［５］㊀ＰＡＵＬＦＹ．ＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓｏｆａＴｉｌｔｉｎｇＤｕｃｔｅｄＦａｎＣｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ［Ｒ］．ＮＡＳＡＴＮＤ⁃７８５１９６１［６］㊀ＧＲＵＮＷＡＬＤＫＪ，ＧＯＯＤＳＯＮＫＷ．ＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃＬｏａｄｓｏｎａｎＩｓｏｌａｔｅｄＳｈｒｏｕｄｅｄ⁃ＰｒｏｐｅｌｌｅｒＣｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｆｏｒＡｎｇｌｅｓｏｆＡｔｔａｃｋＦｏｒｍ－１０ʎｔｏ１０ʎ［Ｒ］．ＮＡＳＡＴＮＤ⁃９９５１９６２［７］㊀ＧＯＯＤＳＯＮＫＷ，ＧＲＵＮＷＡＬＤＫＪ．ＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆａＰｏｗｅｒｅｄＳｅｍｉｓｐａｎＴｉｌｔｉｎｇ⁃Ｓｈｒｏｕｄｅｄ⁃ＰｒｏｐｅｌｌｅｒＶｔｏｌＭｏｄｅｌｉｎＨｏｖｅｒｉｎｇａｎｄＴｒａｎｓｉｔｉｏｎＦｌｉｇｈｔ［Ｒ］．ＮＡＳＡＴＮＤ⁃９８１，１９６２［８］㊀ＫＥＮＮＥＴＨＷＭ．ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆａ４⁃Ｆｏｏｔ⁃ＤｉａｍｅｔｅｒＤｕｃｔｅｄＦａｎａｔＺｅｒｏＡｎｇｌｅｏｆＡｔｔａｃｋｆｏｒＳｅｖｅｒａｌＦａｎＢｌａｄｅＡｎｇｌｅｓ［Ｒ］．ＮＡＳＡＴＮＤ⁃３１２２１９６５［９］㊀ＡＢＲＥＧＯＡＩ，ＢＵＬＡＧＡＲＷ．ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＳｔｕｄｙｏｆａＤｕｃｔｅｄｆａｎＳｙｓｔｅｍ［Ｃ］ʊＡｍｅｒｉｃａｎＨｅｌｉｃｏｐｔｅｒＳｏｃｉｅｔｙＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ，Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ，ａｎｄＴｅｓｔａｎｄＥｖａｌｕａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｉｃａｌＳｐｅｃｉａｌｉｓｔｓＭｅｅｔｉｎｇ，ＳａｎＦｒａｎｃｉｓｃｏ，２００２［１０］ＪＯＮＡＴＨＡＮＦ，ＴＲＯＹＪ．ＩｍｐｒｏｖｉｎｇＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍＥｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｆｏｒＤｕｃｔｅｄＦａｎＶＴＯＬＵＡＶＯｐｅｒａｔｉｎｇｉｎＣｒｏｓｓｗｉｎｄｓ［Ｒ］．ＡＩＡＡ⁃２００３⁃６５１４［１１］ＭＡＲＴＩＮＰ，ＴＵＮＧＣ．ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄＦｌｏｗｆｉｅｌｄＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｏｎａ１０⁃ＩｎｃｈＤｕｃｔｅｄＲｏｔｏｒＶＴＯＬＵＡＶ［Ｃ］ʊ６０ｔｈＡｎｎｕａｌＦｏｒｕｍｏｆｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＨｅｌｉｃｏｐｔｅｒＳｏｃｉｅｔｙ，Ａｌｅｘａｎｄｒｉａ，２００４［１２］ＧＲＡＦＷ，ＦＬＥＭＩＮＧＪ，ＷＩＮＧＮ．ＩｍｐｒｏｖｉｎｇＤｕｃｔｅｄＦａｎＵＡＶＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓｉｎＦｏｒｗａｒｄＦｌｉｇｈｔ［Ｒ］．ＡＩＡＡ⁃２００８⁃４３０［１３］李建波，高正．涵道风扇空气动力学特性分析［Ｊ］．南京航空航天大学学报，２００５，３７（６）：６８０⁃６８４ＬＩＪｉａｎｂｏ，ＧＡＯＺｈｅｎｇ．ＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＤｕｃｔｅｄＦａｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ＆Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，２００５，３７（６）：６８０⁃６８４（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［１４］李建波，高正，唐正飞，等．涵道风扇升力系统的升阻特性试验研究［Ｊ］．南京航空航天大学学报，２００４，３６（２）：１６４⁃１６８ＬＩＪｉａｎｂｏ，ＧＡＯＺｈｅｎｇ，ＴＡＮＧＺｈｅｎｇｆｅｉ，ｅｔａｌ．ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｎＬｉｆｔａｎｄＤｒａｇｏｆＤｕｃｔｅｄＦａｎＳｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ＆Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，２００４，３６（２）：１６４⁃１６８（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）㊃４４０１㊃㊃５４０１㊃第５期邓阳平，等：涵道螺旋桨地面效应试验与数值计算研究［１５］屠秋野，唐狄毅．涵道螺旋桨桨叶涡强度分布计算［Ｊ］．航空动力学报，２００２，１７（２）：１９２⁃１９５ＴＵＱｉｕｙｅ，ＴＡＮＧＤｉｙｉ．ＡＮｕｍｅｒｉｃａｌＭｏｄｅｌｆｏｒＤｕｃｔＦａｎＶｏｒｔｅｘＩｎｔｅｎｓｉｔｙ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅＰｏｗｅｒ，２００２，１７（２）：１９２⁃１９５（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［１６］屠秋野，王晓峰，沈鸿萃，等．地效翼船用涵道螺旋桨的设计试验［Ｊ］．航空动力学报，２００４，１９（６）：７９８⁃８０１ＴＵＱｉｕｙｅ，ＷＡＮＧＸｉａｏｆｅｎｇ，ＣＨＥＮＨｏｎｇｃｕｉ，ｅｔａｌ．ＴｈｅＤｕｃｔＦａｎＤｅｓｉｇｎａｎｄＴｅｓｔｆｏｒＷＩＧＣｒａｆｔ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅＰｏｗｅｒ，２００４，１９（６）：７９８⁃８０１（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［１７］王海鹏，王华明．涵道风扇气动特性计算模型综述［Ｃ］ʊ第二十二届（２００６）全国直升机年会论文ＷＡＮＧＨａｉｐｅｎｇ，ＷＡＮＧＨｕａｍｉｎｇ．ＡＧｅｎｅｒａｌＳｕｍｍａｒｉｚｅｆｏｒｔｈｅＤｕｃｔｅｄＦａｎＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＭｅｔｈｏｄｓ［Ｃ］ʊＴｈｅ２２ｎｄＨｅｌｉｃｏｐｔｅｒＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，２００６（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［１８］许和勇，叶正寅．涵道螺旋桨与孤立螺旋桨气动特性的数值模拟对比［Ｊ］．航空动力学报，２０１１，２６（１２）：２８２０⁃２８２５ＸＵＨｅｙｏｎｇ，ＹＥＺｈｅｎｇｙｉｎ．ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｂｅｔｗｅｅｎＤｕｃｔｅｄａｎｄＩｓｏｌａｔｅｄＰｒｏｐｅｌｌｅｒｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅＰｏｗｅｒ，２０１１，２６（１２）：２８２０⁃２８２５（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［１９］许和勇，叶正寅．基于非结构嵌套网格的涵道螺旋桨数值模拟［Ｊ］．空气动力学学报，２０１３，３１（３）：３０６⁃３０９ＸＵＨｅｙｏｎｇ，ＹＥＺｈｅｎｇｙｉｎ．ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＤｕｃｔｅｄ⁃ＰｒｏｐｅｌｌｅｒＳｙｓｔｅｍＵｓｉｎｇＵｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄＯｖｅｒｓｅｔＧｒｉｄｓ［Ｊ］．ＡｃｔａＡｅｒｏ⁃ｄｙｎａｍｉｃａＳｉｎｉｃａ，２０１３，３１（３）：３０６⁃３０９（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［２０］苏运德，叶正寅，许和勇．桨尖间隙和双桨间距对涵道螺旋桨气动性能的影响［Ｊ］．航空动力学报，２０１４，２９（６）：１４６８⁃１４７５ＳＵＹｕｎｄｅ，ＹＥＺｈｅｎｇｙｉｎ，ＸＵＨｅｙｏｎｇ．ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＴｉｐＣｌｅａｒａｎｃｅａｎｄＰｒｏｐｅｌｌｅｒＳｅｐａｒａｔｉｏｎＳｐａｃｅｏｎＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＤｕｃｔｅｄＰｒｏｐｅｌｌｅｒ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅＰｏｗｅｒ，２０１４，２９（６）：１４６８⁃１４７５（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［２１］杨磊，叶正寅．倾转涵道倾转过渡阶段的非定常气动力［Ｊ］．航空动力学报，２０１５，３０（１）：１５５⁃１６３ＹＡＮＧＬｅｉ，ＹＥＺｈｅｎｇｙｉｎ．ＵｎｓｔｅａｄｙＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃＦｏｒｃｅｏｆＴｉｌｔＤｕｃｔｅｄＦａｎｄｕｒｉｎｇＴｒａｎｓｉｔｉｏｎＰｅｒｉｏｄ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅＰｏｗｅｒ，２０１５，３０（１）：１５５⁃１６３（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［２２］李晓华，郭正，陈清阳．涵道螺旋桨气动特性数值模拟［Ｊ］．国防科技大学学报，２０１５，３７（４）：３１⁃３５ＬＩＸｉａｏｈｕａ，ＧＵＯＺｈｅｎｇ，ＣＨＥＮＱｉｎｇｙａｎｇ．ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＤｕｃｔｅｄＲｏｔｏｒᶄｓＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｔｉｏｎａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＤｅｆｅｎｓｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１５，３７（４）：３１⁃３５（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［２３］邓阳平，米百刚，张言．涵道风扇气动特性影响因素数值计算研究［Ｊ］．西北工业大学学报，２０１８，３６（６）：２６⁃３２ＤＥＮＧＹａｎｇｐｉｎｇ，ＭＩＢａｉｇａｎｇ，ＺＨＡＮＧＹａｎ．ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＮｕｍｅｒｉｃａｌＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎｆｏｒＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＤｕｃｔｅｄＦａｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１８，３６（６）：２６⁃３２（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［２４］蔡红明，马国梁，李忠新，等．共轴双桨涵道无人飞行器非定常气动特性［Ｊ］．航空动力学报，２０１９，３４（８）：１６９９⁃１７０７ＣＡＩＨｏｎｇｍｉｎｇ，ＭＡＧｕｏｌｉａｎｇ，ＬＩＺｈｏｎｇｘｉｎ，ｅｔａｌ．ＵｎｓｔｅａｄｙＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＤｕｃｔｅｄＣｏａｘｉａｌＰｒｏｐｅｌｌｅｒＵｎｍａｎｎｅｄＡｅｒｉａｌＶｅｈｉｃｌｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅＰｏｗｅｒ，２０１９，３４（８）：１６９９⁃１７０７（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［２５］韩瀚，项昌乐，徐彬．共轴反桨涵道式推进单元地面效应气动性能［Ｊ］．航空动力学报，２０１９，３４（７）：１４４０⁃１４４９ＨＡＮＨａｎ，ＸＩＡＮＧＣｈａｎｇｌｅ，ＸＵＢｉｎ．ＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＳｈｒｏｕｄｅｄＣｏａｘｉａｌＡｎｔｉ⁃ＲｏｔａｔｉｎｇＲｏｔｏｒＰｒｏｐｕｌｓｉｏｎＵｎｉｔｗｉｔｈＧｒｏｕｎｄＥｆｆｅｃｔ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅＰｏｗｅｒ，２０１９，３４（７）：１４４０⁃１４４９（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［２６］ＨＡＮＨ，ＸＩＡＮＧＸＵＢ，ｅｔａｌ．ＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆａＨｏｖｅｒｉｎｇＭｉｃｒｏ⁃ＳｃａｌｅＳｈｒｏｕｄｅｄＲｏｔｏｒｉｎＣｏｎｆｉｎｅｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ［Ｊ］．ＡｄｖａｎｃｅｓｉｎＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１９，１１（４）：１⁃２１［２７］ＭＩＢＧ，ＺＨＡＮＨ．ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＳｔａｔｉｃａｎｄＤｙｎａｍｉｃＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓｏｆａＵＡＶｕｎｄｅｒＷａｋｅＦｌｏｗｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，２０１９，２０１９：１⁃１２西㊀北㊀工㊀业㊀大㊀学㊀学㊀报第３８卷ＧｒｏｕｎｄＴｅｓｔａｎｄＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎＧｒｏｕｎｄＥｆｆｅｃｔｏｆＤｕｃｔｅｄＰｒｏｐｅｌｌｅｒＳｙｓｔｅｍＤＥＮＧＹａｎｇｐｉｎｇ１，ＭＩＢａｉｇａｎｇ１，ＺＨＡＮＨａｏ１，ＣＡＯＦｅｉ２１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉᶄａｎ７１００７２，Ｃｈｉｎａ；２．ＮａｖｉｇａｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＮｏｒｉｎｃｏＧｒｏｕｐ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８９，Ｃｈｉｎａæèçöø÷Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｏｆａｄｕｃｔｅｄｐｒｏｐｅｌｌｅｒｓｙｓｔｅｍａｐｐｌｉｅｄｉｎａｍａｎｎｅｄｖｅｒｔｉｃａｌｔａｋｅｏｆｆａｎｄｌａｎｄｉｎｇａｉｒｃｒａｆｔｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｇｒｏｕｎｄｅｆｆｅｃｔａｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｇｒｏｕｎｄｔｅｓｔａｎｄＣＦＤｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｃｏｍ⁃ｂｉｎｅｄｗｉｔｈｓｌｉｄｉｎｇｍｅｓｈｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ｔｈｅｔｈｒｕｓｔａｎｄｐｏｗｅｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｄｕｃｔｅｄｐｒｏｐｅｌｌｅｒｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｈｅｉｇｈｔｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｄｕｃｔａｎｄｇｒｏｕｎｄａｒｅｃｏｍｐａｒｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｔｈｅｇｒｏｕｎｄｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｄｕｃｔｅｄｐｒｏｐｅｌｌｅｒｉｓｄｅｔａｉｌｅｄａｎａｌｙｚｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＣＦＤｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅｔｅｓｔａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ，ｔｈｅｇｒｏｕｎｄｎｅａｒｔｈｅｄｕｃｔｅｄｐｒｏｐｅｌｌｅｒｌｅａｄｓｔｏａｈｉｇｈ⁃ｐｒｅｓｓｕｒｅｚｏｎｅｔｏｂｌｏｃｋｔｈｅｊｅｔｆｌｏｗｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｏｕｔｌｅｔｏｆｔｈｅｄｕｃｔ，ｗｈｉｌｅａｎｕｐｗａｒｄｒｅｂｏｕｎｄｅｄｆｌｏｗｗｉｔｈｔｈｅｖｏｒｔｅｘｒｉｎｇｓｉｓａｌｓｏｇｅｎｅｒ⁃ａｔｅｄｔｏａｆｆｅｃｔｔｈｅａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｆｏｒｃｅｓａｎｄｐｏｗｅｒｓｏｆｂｏｔｈｔｈｅｄｕｃｔａｎｄｐｒｏｐｅｌｌｅｒ．Ａｓｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｈｉｇｈ⁃ｐｒｅｓ⁃ｓｕｒｅｚｏｎｅ，ｔｈｅｔｈｒｕｓｔｏｆｔｈｅｐｒｏｐｅｌｌｅｒｉｎｃｒｅａｓｅｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｔｈｒｕｓｔｏｆｔｈｅｄｕｃｔｄｅｃｒｅａｓｅｓｗｈｅｎｔｈｅｒｅｂｏｕｎｄｅｄｆｌｏｗｉｓｉｎｈａｌｅｄａｇａｉｎｉｎｔｏｔｈｅｄｕｃｔ．Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｈｅｉｇｈｔｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｇｒｏｕｎｄａｎｄｔｈｅｄｕｃｔｅｄｐｒｏｐｅｌｌｅｒ，ｔｈｅｇｒｏｕｎｄｅｆｆｅｃｔｉｓｗｅａｋｅｎｅｄ，ａｎｄｔｈｅｐｏｗｅｒｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｒｅｃｏｖｅｒｓｍｏｒｅｑｕｉｃｋｌｙｔｈａｎｔｈｅｔｈｒｕｓｔ．Ｉｎｇｅｎｅｒａｌ，ｔｈｅｇｒｏｕｎｄｅｆｆｅｃｔｓｅｒｉｏｕｓｌｙａｆｆｅｃｔｔｈｅａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｔｈｅｄｕｃｔｅｄｐｒｏｐｅｌｌｅｒｉｎｎｅａｒｇｒｏｕｎｄｈｏｖｅｒｓｔａｔｅ，ｗｈｉｃｈｓｈｏｕｌｄｂｅｍａｉｎｌｙｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃａｎｄｃｏｎｃｅｐｔｕａｌｄｅｓｉｇｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｕｃｔ；ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ；ｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ；ｃｏｍｐｕｔｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅｍｏｄｅｌｓ；ｇｒｏｕｎｄｅｆｆｅｃｔ；ｓｌｉｄｉｎｇｍｅｓｈ；ＣＦＤ；ｇｒｏｕｎｄｔｅｓｔ©２０２０ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．ＴｈｉｓｉｓａｎＯｐｅｎＡｃｃｅｓｓａｒｔｉｃｌｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｕｎｄｅｒｔｈｅｔｅｒｍｓｏｆｔｈｅＣｒｅａｔｉｖｅＣｏｍｍｏｎｓＡｔｔｒｉｂｕｔｉｏｎＬｉｃｅｎｓｅ（ｈｔｔｐ：／／ｃｒｅａｔｉｖｅｃｏｍｍｏｎｓ．ｏｒｇ／ｌｉｃｅｎｓｅｓ／ｂｙ／４．０），ｗｈｉｃｈｐｅｒｍｉｔｓｕｎｒｅｓｔｒｉｃｔｅｄｕｓｅ，ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ａｎｄｒｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｉｎａｎｙｍｅｄｉｕｍ，ｐｒｏｖｉｄｅｄｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｗｏｒｋｉｓｐｒｏｐｅｒｌｙｃｉｔｅｄ．㊃６４０１㊃。

垂直航向的无人机跟踪技术研究无人机技术在现代社会中得到了越来越广泛的应用，其中之一就是垂直航向的无人机跟踪技术。

在许多领域，如建筑、农业和能源等，垂直航向的无人机跟踪技术已成为改进现有流程并提高效率的重要工具。

一. 垂直航向的无人机垂直航向的无人机又称为垂直起降无人机（VTOL），是一种可以垂直起降的无人机。

与传统的固定翼无人机或旋翼无人机不同，垂直航向的无人机采用了一种既可以水平飞行也可以垂直起降的设计，因此在一些特定的任务中表现出了优异的性能。

目前，市场上已有许多不同类型的垂直航向的无人机，如四旋翼、六旋翼、固定翼等。

这些无人机具有不同的特点和用途，可以根据具体的任务要求选择适合的型号。

二. 垂直航向的无人机跟踪技术的应用在建筑、农业和能源等领域，垂直航向的无人机跟踪技术已成为一种常见的应用方式。

这种技术可以用于以下几个方面：1. 建筑工地现场监管在建筑工地上，垂直航向的无人机跟踪技术可以用于监控施工现场，监测建筑物的进度和质量。

通过无人机可以实时获取建筑工地的全景图，从而准确判断工程进度和施工质量。

2. 农业领域的应用在农业领域，垂直航向的无人机跟踪技术可以用于农作物的监测和管理。

通过搭载多光谱摄像头或红外相机，无人机可以实时监测农作物的生长情况、病虫害情况等，从而实现对农作物的有效管理。

3. 能源领域的应用在能源领域，垂直航向的无人机跟踪技术可以用于风力发电站和太阳能发电站的巡检。

通过搭载高清摄像头和热像仪等设备，无人机可以快速准确地巡检发电站的各个部位，检测设备是否正常运行，提高巡检效率和安全性。

三. 垂直航向的无人机跟踪技术的研究进展目前，垂直航向的无人机跟踪技术正处于不断发展和完善之中。

在这一过程中，人们不断探索新的技术和方法，以提高垂直航向的无人机的跟踪精度和稳定性。

1. 视觉跟踪技术视觉跟踪技术是当前研究最为广泛的一种技术。

这种技术通过摄像头捕获特定物体的图像，然后通过图像处理和识别算法，实现无人机对目标物体的跟踪和定位。

关于垂起无人机的书籍-回复题目：探索垂直起降无人机的未来发展引言：垂直起降无人机（Vertical Take-Off and Landing UAV，简称VTOL UAV）是一种能够垂直升降，自由自主操作的无人机。

它以其独特的特点和广泛的应用领域吸引了众多研究者和工程师的关注。

本文将围绕“关于垂直起降无人机的书籍”这一主题，逐步探讨垂直起降无人机的技术原理、应用前景、发展趋势等方面的内容。

一、技术原理：垂直起降无人机的技术原理包括航空气动力学、控制与导航、传感器技术等多个领域。

若希望了解垂直起降无人机的技术原理，可以选择专业的航空工程手册或航空学教材，如《航空力学原理》、《自动控制理论》等。

这些书籍会详细介绍垂直起降无人机的原理、设计和性能评估方法，为读者提供全面系统的知识基础。

二、应用前景：垂直起降无人机在军事、民用等领域都有广泛的应用前景。

对于军事领域而言，垂直起降无人机可以用于侦察、空中打击、战场监控等任务，具备了强大的隐蔽性和灵活性。

而在民用领域，垂直起降无人机被广泛用于地质勘探、环境监测、紧急救援、物流配送等领域。

关于垂直起降无人机的应用前景，可以参考相关市场调研报告、科研论文以及垂直起降无人机相关的专业书籍。

三、发展趋势：垂直起降无人机作为无人机技术的重要分支，其发展趋势备受瞩目。

未来，垂直起降无人机将朝着以下几个方面发展。

首先，随着传感器和处理器技术的不断提升，垂直起降无人机的智能化程度将进一步提高，具备更加精细的感知和决策能力。

其次，充电设施的普及和电池技术的进步将极大地延长垂直起降无人机的续航时间，增强其在应用中的灵活性和效果。

此外，垂直起降无人机的飞行性能和操纵性将得到进一步改进，使其能够适应更多复杂环境下的任务需求。

结论：垂直起降无人机作为一种新兴的无人机技术，在军事和民用领域都有广阔的应用前景。

了解垂直起降无人机的技术原理、应用前景和发展趋势，我们可以选择权威的专业书籍，如《航空力学原理》、《自动控制理论》等。