无人机螺旋桨的空气动力学设计

目录
前言
第1章　螺旋桨概述　1　
1.1　螺旋桨的组成与分类　1　
1.2　螺旋桨的动量方程　2　
1.3　螺旋桨的能量方程　3　
1.4　螺旋桨的理想效率　7
第2章　翼型与螺旋桨　11　
2.1　叶素与速度三角形　11　
2.2　翼型的参数　12　
2.2.1　翼型的几何参数　12　
2.2.2　翼型的空气动力学参数　13　
2.3　螺旋桨设计中对翼型的要求　21　
2.3.1　螺旋桨的常用翼型　21　
2.3.2　对翼型的一般要求　25　
2.3.3　对翼型的特殊要求　26　
2.3.4　翼型性能对螺旋桨性能的影响　26　
2.4　螺旋桨相似准则　29　
2.4.1　螺旋桨相似准则的推导　29　
2.4.2　螺旋桨相似准则的物理意义　31　
2.4.3　螺旋桨相似准则的应用　31
第3章　无人机螺旋桨初步设计方法与实例　35　
3.1　螺旋桨设计条件的确定　35　
3.1.1　飞行（器）条件　35　
3.1.2　发动机系统条件　36　
3.1.3　螺旋桨本体条件　37　
3.2　应用Betz条件初步设计螺旋桨的方法　38　
3.2.1　螺旋桨设计中的Betz条件　38　
3.2.2　应用Betz条件的基本公式　40　
3.3　设计实例　42　
3.3.1　设计参数与要求　42　
3.3.2　应用Betz条件的设计　43　
3.3.3　设计结果的表示　46　
3.3.4　检查与校核　47
第4章　螺旋桨性能计算　49　
4.1　螺旋桨性能计算的基本概念　49　
4.1.1　绝对运动中的速度和加速度　49　
4.1.2　相对运动中的速度和加速度　50　
4.1.3　基本方程　51　
4.2　基于涡格法的螺旋桨性能计算　53　
4.2.1　传统的涡格法　53　
4.2.2　改进的涡格法　57　
4.3　基于求解N-S方程的螺旋桨性能计算　64　
4.3.1　用于流场求解的控制方程　64　
4.3.2　边界条件与初始条件　65　
4.3.3　湍流模型　67　
4.3.4　旋转坐标系与交界面　69　
4.3.5　N-S方程的数值求解方法　70
第5章　无人机螺旋桨优化设计　72　
5.1　螺旋桨优化设计方法简介　72　
5.2　基于遗传算法的优化设计　74　
5.2.1　遗传算法　75　
5.2.2　基于涡格法的遗传算法寻优　82　
5.3　基于代理模型的遗传算法寻优　83
第6章　螺旋桨的风洞试验　86　
6.1　螺旋桨风洞试验的分类　86　
6.2　风洞试验的装置　88　
6.2.1　空气动力天平简介　88　
6.2.2　试验装置　89　
6.3　风洞试验数据的修正　91　
6.4　风洞试验方案的确定与试验的典型步骤　93　
6.4.1　确定风洞试验方案时需要考虑的其他因素　93　
6.4.2　关于螺旋桨试验效率大于1的问题　94　
6.4.3　风洞试验的典型步骤　95
第7章　涵道螺旋桨设计方法　98　
7.1　涵道螺旋桨的快速设计方法　99　
7.1.1　动量理论　100　
7.1.2　螺旋桨桨叶设计过程　101　
7.1.3　初始涵道数据　104　
7.1.4　试验验证　105　
7.2　桨尖间隙对涵道螺旋桨性能的影响　108　
7.2.1　地面试验与数值模拟方法　109　
7.2.2　结果分析与讨论　111　
7.3　涵道螺旋桨推力矢量新方法　126　
7.3.1　关于16H-1的研究　128　
7.3.2　X-49气动性能的数值模拟研究　133　
7.3.3一种新型VTDP系统的概念设计　133　
7.3.4　三种VTDP系统性能的对比　136
第8章　螺旋桨设计研究中的其他问题　142　
8.1　螺旋桨与噪声　142　
8.1.1　相关概念及螺旋桨的发声机理　142　
8.1.2　螺旋桨气动声学的数值计算　146　
8.1.3　螺旋桨气动声学的试验研究　147　
8.2　对转螺旋桨　150　
8.3　螺旋桨与发动机的匹配　152　
8.3.1　活塞式发动机的工作性能　152　
8.3.2　螺旋桨与发动机匹配的作图法　153　
8.3.3　螺旋桨与发动机匹配情况的评价　154　
8.4　展望　163
参考文献　164　　
附录　167
附录1　SCLKY翼型外形与性能　167
附录2　LIMBACHL275EF发动机性能　174
附录3　L2400DX发动机性能数据　175