半转扇翼双翼布局对气动特性的影响

doi:10.3969/j.issn.1004-132X.2026.07.015

摘要/Abstract

摘要：

半转扇翼是一种新型活动叶轮扇翼，通过半转扇翼双翼的合理布局可有效提高半转扇翼飞行器的气动性能。采用数值分析方法寻找不同翼型组合的气动变化规律，探索了翼间距和高度差对前后翼气动特性的影响。研究结果表明：不同翼型组合形成的气动耦合作用影响后翼偏心涡的形成与稳定，改变双翼升推力的分布；翼间距和高度差的变化对升力改变不明显，但对推力提升的效果显著；与J型单翼和C型单翼的气动力之和相比，J-C型双翼升力减小7.8%，推力增大20.6%。

关键词: 扇翼飞行器, 半转扇翼, 双翼布局, 翼型组合, 气动特性, 数值模拟

Abstract:

To achieve improved aerodynamic performance of the half-rotating fan-wing （HRFW）， a novel active impeller fan-wing， this paper investigates the effects of bi-wing layout optimization through numerical analysis. The aerodynamic variation patterns among different airfoil combinations are identified， and the influences of wing spacing and height difference on the aerodynamic characteristics of the front and rear wings are examined. The results indicate that the aerodynamic coupling effect formed by different airfoil combinations affects the formation and stability of the eccentric vortex behind the rear wing， and consequently alters the lift-thrust distribution of the bi-wing system. Variations in wing spacing and height difference show negligible influence on lift but significantly enhance thrust. Compared with the sum of the aerodynamic forces of the J-type and C-type single wings， the J-C bi-wing configuration yields a 7.8% reduction in lift and a 20.6% increase in thrust.

Key words: fan-wing aircraft, half-rotating fan-wing, bi-wing layout, airfoil combination, aerodynamic characteristics, numerical simulation

中图分类号:

V221.3

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图/表 18

图1 半转翼对工作原理

Fig.1 Working principle of half-rotating wing pair

图2 半转扇翼结构参数与气动原理

Fig.2 Parametric configuration and aerodynamic principles of the half-rotating fan-wing

图3 半转扇翼单元翼型分类

Fig.3 Classification of airfoils for half-rotating fan-wing units

图4 C-C型双翼布局概念模型

Fig.4 Concept model of type C-C bi-wing layout

表1 C型半转扇翼结构参数

Table 1 Structural parameters of type-C half-rotating fan-wing

结构参数	数值	结构参数	数值
前缘开口角α/（°）	25	叶轮偏角 θ/（°）	30
后缘开口角 β/（°）	35	展长 /m	0.5
叶轮半径 r/m	0.14

图5 前后翼型不同组合

Fig.5 Classification of front and rear wing airfoil combinations

图6 实验数据与数值计算结果比较

Fig.6 Comparison between experimental data and numerical calculation results

图7 C-C基础型布局位置参数

Fig.7 Position parameters diagram of type C-C combination

图8 C-C型布局气动力随翼间距的变化

Fig.8 Aerodynamic force of C-C layout varies with wing spacing

表 2 C-C型扇翼前后翼及其对应单翼的气动力 (N)

Table 2 Type C-C fan-wing front and rear wings and their corresponding single wing aerodynamic force

	升力F_L	推力F_T
C-C型前翼	11.64	7.21
C-C型后翼	9.17	7.31
C型单翼	11.50	7.21

图9 C-C型组合在不同间距时的流场分布（h=0.5r）

Fig.9 Distribution of flow fields of type C-C combination at different wing spacings（h=0.5r）

图10 X-C型组合的αF对气动力的影响

Fig.10 The effect of αF in the X-C configuration on aerodynamic forces

图11 底槽结构对偏心涡形成与变化示意图

Fig.11 Schematic diagram of the formation and change of eccentric vortex caused by bottom groove structure

图12 J-X型组合αR对气动力的影响

Fig.12 Effect of type J-X combined αR on aerodynamic force

图13 J-C型组合翼间距对气动力的影响

Fig.13 Effect of type J-C wing spacing on the aerodynamic force of front and rear wings

表 3 J-C型扇翼前后翼与对应单翼的气动力（d=5r， h=0.5r） ( N)

Tab.3 Aerodynamics of the front and rear wings of the J-C-type fan blade and the corresponding single wing（d=5r， h=0.5r）

	升力F_L	推力F_T
J-C型组合的前翼	13.27	9.41
J-C型组合的后翼	14.73	5.50
J型单翼	12.78	9.53
C型单翼	17.61	2.83

图14 J-C型双翼在不同位置参数下的速度

Fig.14 Speed of J-C type wings under different position parameters

图15 J-C型组合翼间距对前后翼气动力的影响

Fig.15 Effect of type J-C combined wing spacing on aerodynamic force

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