涵道风扇飞行器(Ducted Fan Aircraft),因其独特的气动外形布局(涵道包裹螺旋桨的气动布局方案),使得它拥有很多常规飞行器不具有的优势。涵道风扇飞行器既具有垂直起降和定点悬停的能力,又拥有快速前飞的能力;结构紧凑、小巧,方便携带,非常适合在环境复杂、障碍物密集的地方执行特殊任务。研究涵道风扇的气动特性对该类无人机整体性能的提升至关重要。本文以涵道风扇为研究对象,以涵道本体几何外形参数为研究内容,开展了以下几个方面的研究:(1)分析了涵道螺旋桨的关键气动问题及其计算方法,主要有网格划分,将整个计算域划分为旋转域和静止域来分别处理,运用交界面相互关联在一起;将计算孤立螺旋桨的动量理论推广到涵道螺旋桨,分析“桨盘卸载”的根本原因是由于涵道改变尾流状态,螺旋桨当地迎角减小;采用多参考坐标系模型和滑移网格模型模拟螺旋桨的旋转运动。(2)分别运用数值方法和试验手段来验证计算模型的可行性,结果表明,选择的计算模型能够很好地模拟螺旋桨的旋转运动,数值模拟结果与试验结果基本吻合。(3)采用理论计算和数值模拟方法,研究不同几何外形参数对气动特性的影响。加上涵道的螺旋桨气动特性普遍优于孤立螺旋桨;减小桨尖间隙,能够有效提高涵道螺旋桨效率,且只有当桨尖间隙小于螺旋桨半径2%时,涵道螺旋桨优势才明显;唇口曲率半径较大时,能在唇口内壁产生更大负压区,拉力增加;随着扩张角增大,效率提高,当大于12°时,尾流出现分离,性能下降;长径比不宜过大,比值在0.5附近最适宜。(4)最后,基于对涵道风扇气动特性研究的深入,针对涵道几何参数的影响,进一步设计了消旋定子布局方案。通过数值模拟,结果表明,在设计工况下,消旋定子有效克服了涵道螺旋桨产生的反扭矩;消旋定子产生的附加拉力约占总拉力的1%;涵道产生的拉力比相同工况下没有消旋定子的涵道产生的拉力增加约4.5%。