水空两栖涵道风扇推进器推力理论分析及实验验证

来源：机器人杂志2019年第2期北京时间：

作者：郜天柱, 胡志强, 杨翊, 林扬

摘要：由水空两栖机器人的应用需求出发，从理论计算、仿真以及实验三方面设计了一种涵道风扇推进器.通过理论计算，分析了风扇和电机在2种介质中的工作曲线，提出了风扇推力系数和转矩系数的预估模型.通过选取适当的预估参数，得到了风扇和电机的设计参数.根据理论计算结果，选取了一种较为合适的风扇和电机的组合方式.为了验证理论计算的可靠性，对仅考虑扇叶的理想情况进行了CFD（计算流体动力学）仿真分析.为了研究实际的涵道风扇推进器的工作情况，还对考虑涵道整体表面结构的实际情况进行了CFD仿真分析.最后，对该组合方式的涵道风扇推进器进行了实验，得到了涵道风扇在水下和空气中的实测推力系数分别为1.47×10-4和2.48×10-4，实际情况下仿真结果与其的相对误差分别为10.9%和3.6%，接近于实验本身的不确定度；得到的空气中的推力可达55 N以上，水下推力可达245 N以上，均可以满足2种介质中的使用要求.

关键词：水空两栖, 涵道风扇推进器, 流体仿真, 推力实验