無人機螺旋槳的空氣動力學設計

前言
第1章　螺旋槳概述　1　
1.1　螺旋槳的組成與分類　1　
1.2　螺旋槳的動量方程　2　
1.3　螺旋槳的能量方程　3　
1.4　螺旋槳的理想效率　7

第2章　翼型與螺旋槳　11　
2.1　葉素與速度三角形　11　
2.2　翼型的參數　12　
2.2.1　翼型的幾何參數　12　
2.2.2　翼型的空氣動力學參數　13　
2.3　螺旋槳設計中對翼型的要求　21　
2.3.1　螺旋槳的常用翼型　21　
2.3.2　對翼型的般要求　25　
2.3.3　對翼型的特殊要求　26　
2.3.4　翼型性能對螺旋槳性能的影響　26　
2.4　螺旋槳相似準則　29　
2.4.1　螺旋槳相似準則的推導　29　
2.4.2　螺旋槳相似準則的物理意義　31　
2.4.3　螺旋槳相似準則的應用　31

第3章　無人機螺旋槳初步設計方法與實例　35　
3.1　螺旋槳設計條件的確定　35　
3.1.1　飛行（器）條件　35　
3.1.2　發動機系統條件　36　
3.1.3　螺旋槳本體條件　37　
3.2　應用Betz條件初步設計螺旋槳的方法　38　
3.2.1　螺旋槳設計中的Betz條件　38　
3.2.2　應用Betz條件的基本公式　40　
3.3　設計實例　42　
3.3.1　設計參數與要求　42　
3.3.2　應用Betz條件的設計　43　
3.3.3　設計結果的表示　46　
3.3.4　檢查與校核　47

第4章　螺旋槳性能計算　49　
4.1　螺旋槳性能計算的基本概念　49　
4.1.1　 對運動中的速度和加速度　49　
4.1.2　相對運動中的速度和加速度　50　
4.1.3　基本方程　51　
4.2　基於渦格法的螺旋槳性能計算　53　
4.2.1　傳統的渦格法　53　
4.2.2　改進的渦格法　57　
4.3　基於求解N-S方程的螺旋槳性能計算　64　
4.3.1　用於流場求解的控制方程　64　
4.3.2　邊界條件與初始條件　65　
4.3.3　湍流模型　67　
4.3.4　旋轉坐標系與交界面　69　
4.3.5　N-S方程的數值求解方法　70

第5章　無人機螺旋槳優化設計　72　
5.1　螺旋槳優化設計方法簡介　72　
5.2　基於遺傳演算法的優化設計　74　
5.2.1　遺傳演算法　75　
5.2.2　基於渦格法的遺傳演算法尋優　82　
5.3　基於代理模型的遺傳演算法尋優　83

第6章　螺旋槳的風洞試驗　86　
6.1　螺旋槳風洞試驗的分類　86　
6.2　風洞試驗的裝置　88　
6.2.1　空氣動力天平簡介　88　
6.2.2　試驗裝置　89　
6.3　風洞試驗資料的修正　91　
6.4　風洞試驗方案的確定與試驗的典型步驟　93　
6.4.1　確定風洞試驗方案時需要考慮的其他因素　93　
6.4.2　關於螺旋槳試驗效率大於1的問題　94　
6.4.3　風洞試驗的典型步驟　95

第7章　涵道螺旋槳設計方法　98　
7.1　涵道螺旋槳的快速設計方法　99　
7.1.1　動量理論　100　
7.1.2　螺旋槳槳葉設計過程　101　
7.1.3　初始涵道數據　104　
7.1.4　試驗驗證　105　
7.2　槳尖間隙對涵道螺旋槳性能的影響　108　
7.2.1　地面試驗與數值模擬方法　109　
7.2.2　結果分析與討論　111　
7.3　涵道螺旋槳推力向量新方法　126　
7.3.1　關於16H-1的研究　128　
7.3.2　X-49氣動性能的數值類比研究　133　
7.3.3種新型VTDP系統的概念設計　133　
7.3.4　三種VTDP系統性能的對比　136

第8章　螺旋槳設計研究中的其他問題　142　
8.1　螺旋槳與雜訊　142　
8.1.1　相關概念及螺旋槳的發聲機理　142　
8.1.2　螺旋槳氣動聲學的數值計算　146　
8.1.3　螺旋槳氣動聲學的試驗研究　147　
8.2　對轉螺旋槳　150　
8.3　螺旋槳與發動機的匹配　152　
8.3.1　活塞式發動機的工作性能　152　
8.3.2　螺旋槳與發動機匹配的作圖法　153　
8.3.3　螺旋槳與發動機匹配情況的評價　154　
8.4　展望　163
參考文獻　164　
　
附錄　167
附錄1　SCLKY翼型外形與性能　167
附錄2　LIMBACHL275EF發動機性能　174
附錄3　L2400DX發動機性能資料　175