[发明专利]航模轴流涵道风扇设计方法

说明书

本公开提供了一种航模轴流涵道风扇设计方法，包括以下步骤：S1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S2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。

技术领域

本公开涉及一种航模轴流涵道风扇设计方法。

背景技术

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。

发明内容

为了解决至少一个上述技术问题，本公开提供了一种航模轴流涵道风扇设计方法。

根据本公开的一个方面，航模轴流涵道风扇设计方法，包括以下步骤：

S1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

S2根据步骤S1获取的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，设计风扇转子和静子的几何参数。

根据本公开的至少一个实施方式，在步骤S1中，获取风扇转子的进口速度三角形和出口速度三角形，以及风扇静子的进口速度三角形和出口速度三角形时，采用非等环量规律。

根据本公开的至少一个实施方式，该设计方法为小轮毂比的航模轴流涵道风扇设计方法，通过采用小轮毂比的设计来降低轮毂的迎风面积，从而降低发动机的阻力，非等环量规律为等加功量的设计。

根据本公开的至少一个实施方式，步骤S1中，通过转子的径向平衡微分方程求解转子出口的轴向速度分布，通过积分求解转子的径向平衡微分方程，

径向平衡微分方程如下式1：

积分表达式如下式2：

其中，L_u表示轮缘功，L_f表示流阻功，r表示半径，c_u表示转子出口气流切向速度与转子入口气流切向速度之差，c_a表示转子出口气流轴向速度，d表示轮毂比，U表示叶片切向速度，C表示积分常数项；给定等c_u分布规律，以及等L_f径向分布。

根据本公开的至少一个实施方式，积分常数项C通过风扇的平均半径r_m与风扇的平均速度c_am确定，平均半径r_m的计算公式如式3：

平均速度c_am的计算公式如式4：