涵道共轴双旋翼式飞行器能够垂直起降,且具有噪声小、安全性高、灵活等特点,同时具有上下两副绕同一轴线反向旋转的螺旋桨,起到抵消产生的反扭矩的作用,因此具有很好的发展前景。但是,该类飞行器涵道螺旋桨系统的流场特性较传统固定翼无人机复杂,本文对涵道共轴双旋翼飞行器设计及分析过程中涉及的关键技术进行了深入的理论与数值仿真研究,重点进行了涵道单、双旋翼气动特性理论计算方法的推导与分析及CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟方法的求解,具体的研究主要包括:(1)对涵道共轴双旋翼无人机的气动布局进行了设计。确定了共轴双旋翼、控制舵片与外加涵道环括的结构形式。针对涵道单旋翼和涵道共轴双旋翼悬停状态下的滑流模型,明确提出了涵道双桨的轴流特点,并采用动量理论和叶素理论的组合理论建立了涵道螺旋桨的气动计算模型,分析了涵道比例因子、双桨间距及桨根安装角对涵道中螺旋桨的影响,量化分析了涵道共轴双旋翼气动性能的优势,为涵道共轴双旋翼式无人机的总体设计打下基础;(2)采用CFD数值模拟方法对悬停状态下的孤立单、双旋翼,涵道单、双旋翼系统的气动特性进行了计算。将旋翼流场的计算区域分为静域和动域两个部分,满足物面和远场边界条件的同时,在静域和动域的分界面建立了交界面边界条件,以保证分界面两侧通量保持守恒。采用多参考坐标系的滑移网格模型进行计算,结合Navier-Stokes主控方程、基于密度的耦合隐式算法、有限体积的空间离散方法及Standard k-epsilon湍流模型,建立了一套针对涵道共轴双旋翼的CFD计算模型,准确地描述了旋翼的旋转效应及流场涡流现象,对涵道旋翼流场的压力分布、速度矢量及迹线分布进行了分析;总结了悬停状态下加装涵道后气动效率提高的机理,验证了双桨在拉力和扭矩等气动性能上较单桨的优势。进一步分析了悬停状态下桨盘间距对气动力的影响,计算了不同飞行速度、迎角和桨盘间距下的前飞性能。(3)搭建了小型涵道螺旋桨气动性能测试平台,通过试验的方法进一步量化涵道布局较无涵道布局气动性能的优势。测量了悬停状态下不同转速、双桨间距等结构参数下系统的拉力。对比了数值计算结果与试验结果,验证了求解方法的有效性。本文提出的三种气动特性计算与分析方法为涵道共轴双旋翼无人机的总体设计提供了新的思路和技术支撑。