北京航空航天大学科技成果——航模轴流涵道风扇设计方法

北京航空航天大学科技成果——航模轴流涵道风扇

设计方法

成果简介

航模涵道风扇一般采用直流电机驱动，电机输出相同功率的前提下，采用高转速（上万转/分钟，相应的叶片叶尖切线速度在上百米/秒）、低扭矩的电机能够降低电机的重量，从而携带更多的电池，提高飞行时长。为此，需要将风扇的设计转速上调与电机的高转速相匹配，这导致风扇的设计超出常规方法的适用范围。

与涵道动力风扇原理相通的常规设计方法有两类：轴流通风机设计方法和压气机-风扇设计方法。轴流通风机设计方法适用于低叶尖切线速度（一般低于80m/s）、低总压升的情况；压气机-风扇设计方法适用于高叶尖切线速度、单级压比较高的情况。

为了适应电机的高转速，航模涵道风扇的设计转速较高，而气流

需要的加功量相对较低，气流转折角相应较小，因此，航模涵道风扇的设计需求偏离了常规设计的经验区间。从而需要基于轴流通风机设计方法、压气机-风扇设计方法和涵道风扇设计方法三者相通的原理，在缺乏足够的经验图表、公式指导的基础上，寻求涵道风扇设计参数的选择方法，使得涵道风扇具有较高的气动效率。

该项目研发出一种航模轴流涵道风扇设计方法，其根据风扇的流量和总压升，设计风扇转子的进口速度三角形和出口速度三角形，及风扇静子的进口速度三角形和出口速度三角形；以及根据转子的进口速度三角形和出口速度三角形，及静子的进口速度三角形和出口速度三角形，设计转子和静子的几何参数。

该技术避开了涵道风扇常规设计流程的不足，借鉴二维叶栅实验，规划气体流动并获得风扇的设计参数。通过叶弦雷诺数和D因子等确定风扇的叶栅稠度、叶片数等参数的设计策略降低了气流在二维叶栅流动中的总压损失。通过本公开的设计方法获得的航模轴流涵道风扇在保持低负荷、高转速特征的基础上，还具备较高的气动效率。