涵道共轴双旋翼无人机采用共轴双旋翼系统与涵道本体相结合的布局形式,即将同一轴线上反向转动的上下两个旋翼环括在一涵道之中,兼具两者的特点从而形成了自身独特的优势,不仅具备常规涵道式飞行器垂直起降的能力、执行任务时噪声较低、更加安全隐蔽,而且自身反扭矩相互抵消,整体结构紧凑、机动灵活、悬停性能好,气动效率高,应用前景更加广泛。涵道共轴双旋翼无人机主要动力装置是涵道共轴双旋翼系统,当其工作时上下两旋翼间以及旋翼与涵道之间存在严重的气动干扰,尤其前飞状态下往往处于复合流场中,整个系统运行的气动环境非常复杂,研究其气动特性具有重要意义。本文从空气动力学的角度出发,在完成总体布局设计的基础上,通过理论建模分析、CFD数值仿真以及气动性能试验三种方法相结合,重点对涵道旋翼系统的气动特性进行全面深入的研究。本文主要的研究内容包括以下几个方面:(1)提出了涵道共轴双旋翼无人机的设计方案,首先确定了该飞行器的气动布局形式,阐明了其工作原理,包括姿态控制方式和常见的飞行状态等,然后根据设计指标要求,对无人机总体参数进行了分析,主要是对旋翼、涵道及舵片等气动部件初步确定其相应的参数,最后分别对该飞行器的主体结构即涵道机身和共轴双旋翼系统、操纵系统、中心体机、起落架和载荷等部分进行了详细的结构设计,完成了涵道共轴双旋翼无人机的三维装配模型,并且进行了整机起飞重量核算及涵道机身结构的初步强度校核。(2)利用修正的动量叶素组合理论(BEMT)深入分析了旋翼桨叶径向诱导入流分布情况,以此为基础,通过引入涵道拉力分配因子的概念分别给出了涵道单旋翼及涵道共轴双旋翼系统的气动模型,研究了涵道的增升作用和桨叶的几何结构参数等因素对系统中旋翼的诱导速度及拉力系数的影响。此外,利用CFD数值模拟的手段,重点对涵道旋翼布局系统在悬停和前飞状态下的气动特性进行数值模拟计算,直观认识其流场分布情况,明确了涵道存在的作用和涵道旋翼布局的优势,并将结果与理论值进行了对比分析和相互验证。(3)通过气动特性试验平台,分别对独立运行的单旋翼/共轴双旋翼以及涵道单旋翼/共轴双旋翼这四种相关构型的气动性能进行了一系列试验研究,逐步深入理解不同构型和相应气动参数的变化对飞行器性能的影响,并且确定了气动性能最佳的涵道共轴双旋翼无人机的布局方案。本文对某型涵道共轴双旋翼无人机进行了总体设计和气动特性研究,最终得出了一些具有指导性的结论,可以为今后相关类型的无人机研制以及布局优化方面的工作提供一定的技术支持。