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微型共轴双旋翼气动性能数值模拟与试验分析

雷瑶 纪玉霞 汪长炜

雷瑶, 纪玉霞, 汪长炜. 微型共轴双旋翼气动性能数值模拟与试验分析[J]. 实验流体力学, 2017, 31(5): 67-73. doi: 10.11729/syltlx20160193
引用本文: 雷瑶, 纪玉霞, 汪长炜. 微型共轴双旋翼气动性能数值模拟与试验分析[J]. 实验流体力学, 2017, 31(5): 67-73. doi: 10.11729/syltlx20160193
Lei Yao, Ji Yuxia, Wang Changwei. Numerical simulation and experimental study on aerodynamics of the micro coaxial rotors[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2017, 31(5): 67-73. doi: 10.11729/syltlx20160193
Citation: Lei Yao, Ji Yuxia, Wang Changwei. Numerical simulation and experimental study on aerodynamics of the micro coaxial rotors[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2017, 31(5): 67-73. doi: 10.11729/syltlx20160193

微型共轴双旋翼气动性能数值模拟与试验分析

doi: 10.11729/syltlx20160193
基金项目: 

国家自然科学基金资助项目 51505087

福建省教育厅资助项目 JA15054

详细信息
    作者简介:

    雷瑶:雷 瑶(1985-), 女, 重庆人, 博士, 讲师。研究方向:多旋翼无人机气动布局优化及控制。通信地址:福建省福州市福州地区大学新区学园路2号(350116)。E-mail:yaolei@fzu.edu.cn

    通讯作者:

    雷瑶, E-mail:yaolei@fzu.edu.cn

  • 中图分类号: V211.7

Numerical simulation and experimental study on aerodynamics of the micro coaxial rotors

  • 摘要: 为研究悬停状态下旋翼的间距对微型共轴双旋翼气动性能的影响,文中通过搭建试验平台对间距比h/r分别为0.32、0.38、0.45、0.51、0.58、0.65和0.75下的共轴双旋翼进行气动性能测试,以测量不同旋翼转速下所得共轴双旋翼的拉力和功耗对共轴双旋翼气动布局进行优化,试图找出具有最佳气动特性的共轴旋翼布局。另外,通过试验误差分析确定了相应的拉力系数、功率系数和功率载荷,且试验误差均小于2%。同时,为更直观得到不同间距下气流干扰对旋翼系统气动性能的影响,文中采用数值模拟得到了不同间距比下旋翼的流线分布和压力分布。最后,对比试验结果,综合分析旋翼间气动干扰的影响,最终得到间距比h/r为0.38时的共轴双旋翼具有最佳的气动布局。研究结果表明,悬停状态的共轴双旋翼可以通过改变间距大大提高气动性能,且同一间距下转速越大虽然旋翼间干扰越强烈,但此时开始出现耦合,使得系统的气动性能可能更好,同时,由于上下旋翼间的相互诱导,虽然转速较低时升力较小,但是功耗明显低于高转速,使得系统具有更大的功率载荷。
  • 图  1  试验装置示意图

    Figure  1.  Sketch of experimental setup

    图  2  不同间距下共轴双旋翼拉力

    Figure  2.  Thrust of a coaxial rotor with different spacing

    图  3  不同间距下共轴双旋翼功率

    Figure  3.  Power consumption of a coaxial rotor with different spacing

    图  4  典型转速下共轴拉力随间距比变化

    Figure  4.  Coaxial thrust vs. rotor spacing at typical rotational speed

    图  5  旋翼拉力随转速变化

    Figure  5.  Thrust vs. rotational speed

    图  6  功率载荷随转速变化

    Figure  6.  Power Loading (PL) vs. Rotational speed

    图  7  共轴双旋翼及流场的网格划分

    Figure  7.  Mesh generation of coaxial rotor and flow field

    图  8  计算结果对比

    Figure  8.  Comparison of computational results

    图  9  径向流线分布

    Figure  9.  Streamline distribution of flow field in the x-y plane

    图  10  桨尖压强分布

    Figure  10.  Pressure distribution at the tip

    图  11  试验与计算结果对比图

    Figure  11.  Comparison of experimental and computational results

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出版历程
  • 收稿日期:  2016-12-13
  • 修回日期:  2017-04-07
  • 刊出日期:  2017-10-25

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    2021年8月13日