以分布式动力垂直起降(VTOL)飞行器起降时的复杂流场研究为背景,对低雷诺数条件下来流湍流度/湍流梯度对翼型的气动特性影响进行了研究。采用C型结构网格及γ-[AKR~]eθt转捩模型求解非定常雷诺平均Navier-Stokes(URANS)方程的方法,对NACA0012翼型在不同湍流度/雷诺数下的气动特性进行了研究,并与实验值进行对比,验证了计算方法的可靠性。研究了不同湍流度、雷诺数及湍流度梯度对翼型气动特性的影响,分析了其对翼型绕流转捩过程产生影响的机理。研究表明,处于较高湍流度或雷诺数的翼型绕流流动特征更加稳定,分离泡尺度更小,流动分离有所推迟,失速迎角更大,但是二者对转捩提前作用的机理不同;湍流度梯度对翼型的气动影响受到雷诺数及湍流度大小的限制,处于较高湍流度梯度的翼型绕流在流动分离、转捩及再附方面均得到了提前;层流分离泡的产生和演

设计了一种四旋翼尾坐式垂直起降无人机,并针对强风扰环境,对该无人机的气动特性进行了研究。通过计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法求解了定常不可压N-S方程和k-ωSST湍流模型,仿真分析了所设计的尾坐式无人机在正向、侧向、垂向三种来流角度情况下的气动特性,获得了该无人机大角度范围的气动系数变化曲线,为该无人机气动性能的优化及控制系统的设计提供了依据。仿真结果表明,所设计的尾坐式无人机具有良好的平飞气动效率;在垂直状态下以机腹正对来流方向,有利于抗风扰控制。

倾转机翼飞行器不仅拥有直升机固有的垂直起降能力,还具备传统固定翼飞行器特有的高速巡航的特点,是目前军民用飞行器研究的热点之一。针对传统倾转机翼飞行器存在螺旋桨气动效率低、倾转机构复杂的问题,提出四发串列式倾转机翼垂直起降布局形式,对该布局飞行器进行总体设计,完成螺旋桨周围流场特性、螺旋桨间干扰特性、螺旋桨和机翼之间干扰特性的研究分析,并制作验证机进行验证。结果表明:该布局很好地解决了螺旋桨气动效率低、传动机构复杂的问题,具有较强的可实现性及实用性。

在转螺旋桨解决了垂直起降飞行器旋翼尺寸大的问题的基础上,设计了一款小型模块化垂直起降飞行器,该飞行器采用对转螺旋桨作为动力,采用模块化的接驳方式方便地接驳各种满足要求的载荷。该飞行器操纵灵活,可以满足应急救援、小型快递运输、快速发射及集群作战等应用,具有一定的实用价值。

为研究尾座式无人机翼展长、翼根弦长、翼梢弦长、机翼后掠角、小翼翼梢长、小翼展长、小翼高、小翼后掠角、小翼厚度和小翼脚长等10个结构参数对无人机续航时间的影响，利用CATIA和ANSYS建立了尾座式无人机及其外流场的三维实体模型，采用SST k-ω模型在ANSYS CFX中模拟无人机在130种不同结构参数组合下的气动特性，利用方差分析确定气动系数的特征因子为翼展长、后掠角、小翼厚度和小翼脚长，建立了4个特征因子与气动系数的多元回归模型;结合质量系数方程，最终建立了结构参数与续航时间的关系模型，精度达0. 97。采用风洞试验的方法对数值模拟结果进行验证，测量4架样机在巡航状态下的气动系数，相对误差小于14%，数值模拟方法可靠。采用定高定点盘旋的方法进行样机试飞试验，对续航时间模型进行验证，连续记录不同剩余电量时的飞行时

针对气驱涵道风扇垂直起降动力系统的核心部件叶尖涡轮开展了数值模拟,掌握了低稠度小偏转角叶尖涡轮(具有高反力度特征)的气动特性和损失构成。研究表明:针对低稠度涡轮物理喉道消失、气流易分离的特点,提出低稠度小偏转角涡轮叶型。此叶型可构建气动喉道,在一定程度上弥补物理喉道消失带来的影响,其流动较常规低稠度涡轮得到了极大的改善,不存在明显流动分离,其效率为84.38%,能量利用率为70.13%,其损失构成和常规涡轮有所不同,叶尖泄漏损失高达54.15%,二次流损失为34.41%,叶型损失为11.44%。

设计了一种复合式动力布局的垂直起降(vertical takeoff and landing, VTOL)飞行器,该飞行器采用无尾三角翼气动布局,静稳定设计,在其处于固定翼模式的情况下,使用CFD方法,基于Standard k-ε湍流模型对其进行了仿真分析。获得了在一定范围的迎角下飞行器的气动参数曲线以及升阻力情况,为该飞行器结构设计及控制系统设计提供了依据。仿真结果表明,该飞行器具有较小的阻力系数,且在最大升阻比附近的动态范围较宽,尤其适合高速飞行的场合。俯仰力矩几乎为0,无需

结合旋翼和固定翼的飞行特点,提出了一种可以在垂直起降和水平飞行之间切换状态的飞行器布局。围绕该类飞行器的力学特性、气动特性作出了分析和计算,并根据分析和计算的结果,制作并试飞了实物模型。根据研究结果做出的实物样机试飞参数与理论结果符合较好,初步达到了设计目的,证实了这种飞行器布局具有一定的可行性和应用前景。