环形涵道串列翼空气动力技术的研究

本论文在旋翼空气动力原理基础上，提出截取旋翼升力翼尖效应部分桨叶扫掠圆环面、重新串列布置羽翼在涵道内做回转运动的改进思路，形成圆环形涵道内置串列翼空气动力技术方案。该方案涵道宽度接近或超过串列翼翼展，较小的翼尖间距最大限度抑制了串列翼翼尖环流，降低了诱导阻力，从而提升空气动力效率；该方案同时以较小的投影占地面积，解决了升力总面积问题，在较小的运动速度下获得较大的动力输出，提升了系统运输效率。通过重建圆环形涵道内置串列翼空气动力数学计算模型，对比计算分析相同参数孤立机翼、旋翼及圆环形涵道内置串列翼空气动力效率。通过环形涵道串列翼同时具备空气动力效率和运输效率高效、垂直起降性能和超低空安全性能、良好的雷达外形隐形和声学隐形等性能分析，做出环形涵道串列翼空气动力技术，是轴驱动旋翼空气动力的颠覆性技术的结论，同时做出是面向未来空中交通工具技术平台，以及与道路交通工具汽车展开全面竞争并能取得优势的前瞻性展望。

固定翼通用航空器运输效率通常在6~18 kg/kw 范围，像维珍大西洋环球飞行者号运输效率达到30 kg/kw 左右，但翼展34.4 米几乎是机身长度的三倍，起降停靠严重依靠机场和跑道，没有便捷性可言。

旋翼飞行器虽然可以不依赖于机场和跑道，具有一定的便捷性，但低下的运输效率，是以巨大的能源消耗为代价实现飞行，不可持续发展。目前锂电池能量密度在0.12~0.18 kw.h/kg，最能检验旋翼飞行器的应用效能。电动旋翼飞行器即使不计结构重量，所有电能全部推动电池重量，也难以超过25 分钟滞空时间(旋翼运输效率与锂电池能量密度乘积)。

若算上结构重量和载荷， 电动旋翼飞行器的实际滞空时间缩短至10 分钟左右，加上外置、高速旋转、锋利的桨叶，限制了电动旋翼飞行器的实际应用范围。

未来的空中交通工具，应具有环保、安全、高效、便捷、舒适、智能等性能特征。就像Uber Elevate愿景，飞行器自由停靠在天台、花园、水面，以及像汽车一样停靠在路边，或在城市的建筑物间和森林空间中自由穿行，道路、山川和海峡不再是阻隔。未来的空中交通工具，需要革命性空气动力装备技术来支撑，在未获得革命性空气动力装备技术与之前，这还只是一个梦。

以固定翼和旋翼为代表的通用航空技术，百年来在卡门–加布里埃尔运输效率图中， 飞行器效率最高那片区域，留下一片空白。探寻环保、高效、便捷、未来的空气动力装备技术，面向未来，立足当下， 具有重要的现实意义。

2. 研究方向 飞行器在功率W (kw)推动下水平匀速运动为v (m/s)，所受重量G (kg)与机翼升力L (N)，推力F (N)