涵道風扇
關注創建者：湍流實驗室 創建時間：2019-05-31
涵道風扇的視頻教程
基于icem+fluent涵道風扇離心風扇氣動仿真
本課程從catia模型處理，到icem網格劃分，再到fluent設置和結果后處理，詳細介紹涵道風扇的仿真過程（MRF方法），可以準確的得到指定轉速下，涵道風扇的拉力、扭矩、功率、力效、拉力占比等參數以及相關的壓力速度云圖、矢量圖，流線圖等！ 同時涵道風扇與軸流風機基本類似，本視頻包括P-Q曲線的設置計算和輸出！
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基于Fluent的無人機用涵道風扇性能/P-Q曲線仿真
第二章節，主要以無人機常用的涵道風扇為例，進行的分析設置。 由于無人機的涵道風扇與工業上經常用的軸流風扇在分析上并無本質區別，故課程重點介紹了兩者在幾何前處理方面不同的內容。
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基于LES和FWH模型的涵道風扇(螺旋槳)氣動噪聲模擬(與試驗數據對比)
Fluent旋轉機械仿真基本通用流程； 2.涵道渦輪仿真流程，并對比試驗結果； 3.氣動噪聲計算設置流程，并對比試驗結果； 4.Fluent后處理過程； 5.提供源文件與答疑過程。
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涵道風扇的實例教程
其次，涵道風扇和機翼或機身融合設計時，翼身結構會改變涵道風扇的進口流場，使得涵道風扇的氣動效率有所降低，并且涵道風扇抽吸效應和滑流也會改變翼身表面的流場和壓力分布，對航空器氣動性能產生擾動。例如，在
S8036翼型上安裝5個涵道風扇后（占機翼展長70.3%），涵道風扇的推力以及機翼的氣動力和不帶涵道風扇的機翼有明顯變化，這種變化隨飛行攻角和襟翼偏轉角呈現非線性
。雖然設計良好的連接結構可以產生附加升力，但在不同飛行高度、速度、姿態下這種附加升力難以精確控制，因此，實用中想通過涵道風扇和翼身融合來增加升力、提高效率并不容易，設計不佳的涵道風扇翼身融合體非但不能獲得附加升力，還可能增加阻力、降低整機氣動性能、增加消極質量。此外，對于分布式涵道風扇
eVTOL航空器，前后布置的涵道風扇還存在尾流影響，后部涵道風扇受前涵道風扇尾流干擾后流場不穩定，容易出現拉力驟降并導致航空器姿態失穩
。
對此在技術方法上：一是需要以某特定飛行器構型，深入研究涵道風扇抽吸效應與滑流對涵道風扇本身和翼身氣動特性的影響規律，重點包括涵道尺寸/型面/進氣入口開關與機翼的翼身外形融合、不同速度/攻角/側滑角對涵道風扇和翼身氣動影響、相鄰涵道風扇的抽吸干擾、涵道風扇地面效應、前后涵道風扇尾流干擾等；二是結合CFD仿真、靜態拉力試驗和風洞試驗，探索復雜干擾特性的快速預示方法，從工程角度減輕航空器早期概念設計和方案設計的計算工作量；三是基于前述研究獲得的規律簡化建立涵道風扇與翼身融合設計的多學科優化模型，對不同構型方案快速分析和迭代設計。對于縱列式傾轉涵道風扇eVTOL航空器，可通過增大軸向和縱向涵道風扇的間距可以減小平飛時的尾流干擾，并研究專門的涵道風扇傾轉控制策略，避免傾轉過程中前后涵道風扇尾流干擾導致姿態失控。
展開 該專利于2018年6月提交，采用傾轉式涵道風扇構型，以及曾在FCX-001概念機上首次披露的混合流動風扇系統。傾轉涵道風扇支撐在前機身上，可在垂直起飛和前飛兩個狀態下旋轉方向。
混合流動風扇系統在機身后部，包括有單、雙風扇以及尾部安裝的涵道風扇等多種方案。其中，在單風扇頂部安裝構型中，該系統能在垂直起飛、降落和過渡狀態下實現槳距可調。在雙風扇方案中，另一個風扇安裝在機身側面，可以控制偏航方向。
據稱，貝爾公司一直在研究一種電驅動垂直起降的空中出租車，但目前尚未公布該飛行器總體布局的任何細節。
來源：兩機動力控制
展開 在直升機模式下，涵道風扇轉至垂直狀態以產生垂直方向的升力。通過改變機翼翼尖2個涵道風扇的總距和轉速來實現滾轉操縱，這兩個風扇的旋轉方向相反，以平衡反扭矩。尾部風扇則提供抵消翼尖風扇扭矩的反扭矩。
俯仰控制是通過調整尾部風扇的轉速來實現，偏航控制是通過改變2個翼尖風扇傾角和扭矩實現，或通過在涵道中的支柱上加裝副翼來實現。專利申請書中稱，該方案的旋翼不需要周期變距操縱，并且在一些實例中甚至不需要總距控制，只需要控制轉速即可。
在飛機模式下，涵道風扇轉至水平方向以提供前向推力。飛行控制則由垂尾上的方向舵和前后風扇涵道支柱上的副翼提供。專利文件中表示，該飛機的飛行速度可超過150節（278千米/時）。
該飛機的尺寸與傳統輕型直升機大致相當。涵道風扇的尺寸則設計為最大限度減少垂直起降時的動力需求和下洗流，以避免在起飛和著陸過程中吹起地面大量的碎片或灰塵，對乘客造成危害。
該專利申請書中還包括了一旦飛機進入著陸區域、或在著陸后監測到著陸輪上的重量變化時就對電池進行無線充電的功能。無線充電系統將位于著陸區上或嵌入在著陸區內，并擁有安全聯鎖裝置可以防止電池電量不足而起飛。
（航空工業發展研究中心 李昊）
展開 三、專利提出采用新型飛行控制模式和無線充電技術
在直升機模式下，涵道風扇轉至垂直狀態以產生垂直方向的升力。通過改變機翼翼尖2個涵道風扇的總距和轉速來實現滾轉操縱，這兩個風扇的旋轉方向相反，以平衡反扭矩。尾部風扇則提供抵消翼尖風扇扭矩的反扭矩。
俯仰控制是通過調整尾部風扇的轉速來實現，偏航控制是通過改變2個翼尖風扇傾角和扭矩實現，或通過在涵道中的支柱上加裝副翼來實現。專利申請書中稱，該方案的旋翼不需要周期變距操縱，并且在一些實例中甚至不需要總距控制，只需要控制轉速即可。
在飛機模式下，涵道風扇轉至水平方向以提供前向推力。飛行控制則由垂尾上的方向舵和前后風扇涵道支柱上的副翼提供。專利文件中表示，該飛機的飛行速度可超過150節（278千米/時）。
該飛機的尺寸與傳統輕型直升機大致相當。涵道風扇的尺寸則設計為最大限度減少垂直起降時的動力需求和下洗流，以避免在起飛和著陸過程中吹起地面大量的碎片或灰塵，對乘客造成危害。
該專利申請書中還包括了一旦飛機進入著陸區域、或在著陸后監測到著陸輪上的重量變化時就對電池進行無線充電的功能。無線充電系統將位于著陸區上或嵌入在著陸區內，并擁有安全聯鎖裝置可以防止電池電量不足而起飛。
航空工業發展中心 李昊
展開 2、涵道風扇電機：構造與運作機制
涵道風扇電機將電動機和風扇巧妙融合，通過涵道設計提高空氣流動效率。其工作原理是利用電動機帶動風扇旋轉，加速空氣流動，產生推力推動eVTOL飛行。涵道設計優化了氣流路徑，提高了風扇效率和電機冷卻效果。
主要優點包括：
1）大流量高壓強：提供更大的推力，滿足eVTOL的飛行需求。
2）低噪音運行：優化氣流，減少噪音，適合城市環境。
3）高效能轉化：提高電機運行效率，降低能耗，延長續航里程。
4）結構精巧緊湊：集成設計節省空間，減輕飛行器重量。
5）維護便捷輕松：結構簡單，維護成本低，降低運營成本。
主要缺點包括：
1）制造成本高昂：高精度工藝和研發投入大，限制大規模應用。
2）材料要求嚴苛：需承受高速旋轉和高溫，對材料性能要求高。
3、涵道風扇電機：構造與運作機制
無論是輪轂電機還是涵道風扇電機，都面臨著安全性、可靠性、環境適應性和成本控制等共同挑戰。輪轂電機還需應對惡劣工作環境和非簧載質量增加的問題；涵道風扇電機則需解決風道設計、葉尖間隙控制和高轉速振動抑制等難題。主要技術突破方向有：1）提高功率密度：優化電磁設計，采用新型材料，提升電機性能；2）優化散熱設計：研發高效散熱技術，如液冷、風冷和熱管冷卻；3）研發新型材料：采用高強度、輕量化材料，提高電機性能和可靠性。
綜上所述，輪轂電機和涵道風扇電機作為eVTOL的關鍵動力部件，各具優勢與挑戰。隨著技術的不斷進步，它們有望在功率密度、散熱性能和材料應用等方面取得突破，推動eVTOL在城市空中交通、物流配送和旅游觀光等領域的發展。
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涵道風扇的最新內容
一期一會 | 什么是渦輪機？6個月前
渦輪風扇發動機：渦輪風扇發動機有二級轉子，用于驅動大型風扇，這是一種高效的帶涵道風扇，是主要的推力來源。它們比渦輪噴氣式發動機更高效，并且是當今商用飛機推進系統的主要形式。
渦輪軸發動機：渦輪軸發動機不會產生推進力，而是產生扭矩來驅動飛機的螺旋槳、船舶的螺旋槳或陸地車輛的車輪。
渦輪泵：渦輪泵使用燃燒產生的熱氣體來驅動泵。
3、涵道風扇電機：構造與運作機制
無論是輪轂電機還是涵道風扇電機，都面臨著安全性、可靠性、環境適應性和成本控制等共同挑戰。輪轂電機還需應對惡劣工作環境和非簧載質量增加的問題；涵道風扇電機則需解決風道設計、葉尖間隙控制和高轉速振動抑制等難題。
旋翼拉力系數對標-隨傾轉角變化
氣動力矩系數對標-隨拉力系數變化
旋翼面流場
旋翼面流場
A.共軸旋翼分析，同向或反向旋轉
旋翼拉力隨轉速變化（仿真）
旋翼拉力隨轉速變化（實驗）
A.涵道風扇
高保真度涵道式推進模擬
有一天吃飯的時候，閑來無事刷論文，講到垂直起降飛行器的涵道風扇的唇口是增加升力的關鍵部件，理想情況下甚至可以提供50%的升力。
這倒提醒了我。當空氣流經涵道風扇唇口的凸起表面，會產生低壓區，和飛機機翼升力及帆船動力原理類似，理論解釋可以看這期視頻。
基于icem+fluent多旋翼無人機氣動仿真
https://www.yqgqt.org.cn/video/c11700
六折
基于icem+fluent飛機氣動仿真
https://www.yqgqt.org.cn/video/c12635
六折
基于icem+fluent涵道風扇離心風扇氣動仿真
對于縱列式傾轉涵道風扇eVTOL航空器，可通過增大軸向和縱向涵道風扇的間距可以減小平飛時的尾流干擾，并研究專門的涵道風扇傾轉控制策略，避免傾轉過程中前后涵道風扇尾流干擾導致姿態失控。
電機和涵道風扇結構一體化設計技術
電機是涵道風扇電推進系統的機電能量轉化部件，為涵道風扇提供匹配的功率、轉矩和轉速，一般安裝在槳轂內部。
參閱《為武裝直升機改裝涵道風扇飛行翼》
電動旋翼和電動螺旋槳直徑尺寸小，機械結構簡單，轉速可調可控，易于飛行器減振降噪設計。
同型號的電動旋翼使用數量多，便于模塊化系列化標準化設計制造，能夠提高產品質量，簡化飛行器的研發制造過程。使用保障時，便于維護修理，備件貯備。
多旋翼能夠建立表決系統可靠性模型，相比直升機單/雙旋翼串聯系統可靠性模型，可靠性程度大為提高。
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大飛機發動機風扇包容機匣
先進復合材料及其制造技術已經成為減輕飛機質量和提高飛機性能的重要措施，目前50%的在役民用大涵道比渦扇發動機風扇包容機匣采用纖維纏繞增強結構。
由于發動機風扇涵道比日趨增大，風扇部分在發動機總重中占比變大，高性能輕量化的要求越發迫切。伴隨著GE90系列發動機復合材料風扇葉片的成熟使用，在后續GEnx型發動機上GE公司研發了全復合材料風扇機匣。該機匣采用自動化二維三軸編織技術將日本東麗公司(Japan, Toray Industries, Inc) TORAYC T700碳纖維按0°及±60°三個方向編織成厚度為7.62 mm纖維預成型體。
由于無涵道外殼，螺槳風扇發動機的涵道比可以很大，以正在研究中的一種發動機為例，在飛行速度為M0.8時，帶動的空氣量約為內涵空氣流量的100倍，相當于涵道比為100，這是渦輪風扇發動機所望塵莫及的，將其應用于飛機上，可將高空巡航耗油率較目前高涵道比輪風扇發動機降低15%左右。
同渦輪螺旋槳發動機相比，螺槳風扇發動機的可用速度又高很多，這是由它們葉片形狀不同所決定的。
