太阳能飞机高效率螺旋桨设计关键技术研究

【摘要】：太阳能飞机是一种以太阳能作为推进能源的航空飞行器,其碳排放量为零,理论上可以实现几乎无限的续航时间和超高空巡航飞行,因而具有很大的军事和民用潜力。为了达到昼夜飞行的目的,需要提高太阳能飞机气动和动力装置的效率,而设计高效率的螺旋桨是其中重要的一环。国内外关于螺旋桨和翼型的研究已经有了一些理论和实践成果,在此基础上,本文进行了以下研究:调研了国内外太阳能飞机的性能、太阳能飞机螺旋桨以及其他飞机螺旋桨的研究情况;比较并选取了一种适合太阳能飞机螺旋桨运行工况的翼型;以整个飞行跨度内都有较高的效率为目标,基于一种高效率螺旋桨设计方法,改进其得到最终弦长分布和桨距角分布的方法,编写了MATLAB程序,设计了一款太阳能飞机高效率螺旋桨;将翼型坐标数据根据弦长分布、桨距角分布放大、旋转得到各占位处叶素的三维坐标,并用CATIA的参数化建模功能建立了其三维模型;对一款做过风洞试验的螺旋桨进行CFD仿真,将结果与风洞试验数据进行了对比,验证了CFD方法的可行性和精度;对设计的螺旋桨进行了CFD仿真分析。结果表明该螺旋桨在一定前进比范围内效率都高于80%,证明了设计方法的可行性。本文的研究对设计太阳能飞机高效率螺旋桨和发展太阳能飞机有一定的参考意义。