共軸旋翼懸停測力實驗與數(shù)值模擬

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1、第45卷第2期航空計算技術Vol.45No.22015年3月AeronauticalComputingTechniqueMar.2015共軸旋翼懸停測力實驗與數(shù)值模擬閆修,趙旭,郭漢青,李曉東,王年華(西北工業(yè)大學航空學院,陜西西安710072)摘要:為改善單旋翼的拉力不足的問題,對具有前后對稱翼型的共軸旋轉機翼,進行懸停測力實驗,探索了單、雙旋翼的最佳安裝角。通過三維非定常旋翼繞流的CFD數(shù)值模擬,分析了上下旋翼之間的相互干擾影響。研究發(fā)現(xiàn),受上旋翼下洗流影響,下旋翼的最佳安裝角遠大于單旋翼最佳安裝角;共軸旋翼間的氣動干擾使下

2、旋翼拉力減小比上旋翼拉力減小程度大。實驗表明,同轉速雙旋翼最大拉力超過單旋翼最大拉力的兩倍,表明在特定情況下,雙旋翼能改善單旋翼的拉力不足的缺點。關鍵詞:共軸旋轉機翼;懸停實驗;CFD;非定常流動;拉力中圖分類號:V211文獻標識碼:A文章編號:1671-654X(2015)02-0065-03ForceMeasurementandCFDValidationofCoaxialRotorinHoverYANXiu,ZHAOXu,GUOHan-qing,LIXiao-dong,WANGNian-hua(CollegeofAerona

3、utics,NorthwestPolytechnicalUniversity,Xi′an710072,China)Abstract:ThispaperpresentsthrustmeasurementandCFDvalidationofacoaxialrotatingwingcomposedofthefore-and-aftersymmetricalairfoilinhovering.Theoptimalinstallationanglesofthesingleandco-axialwingsareinvestigated.In

4、terferencefactorsbetweencoaxialwingsareanalyzedvia3Dunsteadyflowsimulation.Theoptimalinstallationangleofdownstreamwingismuchlargerthanthatofupstreamwing.Aerodynamicinterferencebetweenthecoaxialwingsleadstoasignificantthrustdecreaseofdownstreamwingthanthatoftheupstrea

5、mwing.Itisfoundthatthethrustofcoaxialwingunderoptimalinstallationangleistwicemorethanthatofthesinglewing,whichdemonstratesthatcoaxialwinghasthepotentialofenhancethrustinsomecondition.Keywords:coaxialrotatingwing;hoveringexperiment;CFD;unsteadyflow;thrust引言后對稱翼型和無扭轉旋翼

6、。前飛時單個旋翼僅需小角度變距可獲得與來流呈正攻角的輔助平直機翼,旋翼固定翼無人機多使用火箭助飛,傘降回收,因環(huán)境[1]鎖定后成為輔助機翼,兼顧懸停和前飛狀態(tài)的氣動性干擾,起降具有不定因素,不能實現(xiàn)懸停。旋翼機優(yōu)能,并完成懸停實驗和CFD數(shù)值驗證,驗證此方案的良的懸停和巡航特性,使其成為國內外研究的熱點。[2]可行性,探索懸停狀態(tài)共軸旋翼的復雜非定常氣動特西北工業(yè)大學的鄧陽平等研究翼尖噴氣的旋轉機性。前后對稱翼型是實現(xiàn)懸停和前飛狀態(tài)轉化的關翼,已開發(fā)出了無人機樣機。相比單旋翼,共軸雙旋翼鍵,本文采用帶有彎度的上凸下凹前后對稱翼型

7、GOE直升機具有空氣動力對稱、扭矩相消、懸停效率高、無[3-4]-10-12,其設計和氣動特性詳見參考文獻[8]。尾槳、結構緊湊、重量效率高和安全性好等特點。實物研發(fā)方面,俄羅斯卡莫夫設計局已開發(fā)出諸多共[5]1共軸旋轉機翼實驗軸雙旋翼直升機。在理論和數(shù)值研究方面,美國馬[6]里蘭大學的Lakshminarayan等采用嵌套網格方法模1.1共軸旋轉實驗臺[4]擬懸停狀態(tài)微型共軸雙旋翼流場。西北工業(yè)大學許和在單旋翼地面實驗臺的基礎上,增加共軸反轉[7]勇等人模擬了懸停狀態(tài)共軸旋翼直升機的動態(tài)流場。機構。圖1為旋翼實驗臺,由錐齒輪箱

8、實現(xiàn)兩個旋翼本文對固定翼無人機設計共軸旋轉機翼,開發(fā)前的共軸反轉。轉速由變頻電機變頻器給出,六分量應收稿日期:2014-10-17修訂日期:2014-12-26基金項目:航空科學基金項目資助(20145753030);國家大學生創(chuàng)新訓練計劃項目資助(201210

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