共轴旋翼悬停测力实验与数值模拟.pdf

第45卷第2期
航空计算技术
Vol 45 No. 2
2015年3月
Aeronautical Comnputing Technique
Mar.2015
共轴旋翼悬停測力实验与数值模拟
闫修,赵旭,郭汉青,李晓东,王年华
(西北エ业大学航空学院,映西西安710072
摘要:为改善单旋翼的拉力不足的问题,对具有前后对称翼型的共轴旋转机翼,进行悬停测力实验,探索了单、双
旋翼的最佳安装角。通过三维非定常旋翼绕流的CFD数値模拟,分析了上下旋翼之间的相互干扰影响。研究发
现,受上旋翼下洗流影响,下旋翼的最佳安装角远大于单旋翼最佳安装角;共轴旋翼间的气动千扰使下旋翼拉力减
小比上旋翼拉力减小程度大。实验表明,同转速双旋翼最大拉力超过单旋翼最大拉力的两倍,表明在特定情况下,
双旋翼能改善单旋翼的拉力不足的缺点。
关键词:共轴旋转机翼;悬停实验;CFD;非定常流动;拉力
中图分类号:V211
文献标识码:A文章编号:1671-654X(2015)02-0065-03
Force Measur ment and CED Validation of Coai al Rotor in iover
YAN Xiu, ZHAO Xu, GUO Han-qing, II Xiao-dong, WANG Nian-hua
(COH ge ofaeroncutics, orlest Polytechni al Univerisy, Xi'ar710072, China
Abstract This paper presents thrust measurement and CFD validation of a coaxial rotating wing composed
of the fore -and -after symmetrical airfoil in hovering. The optimal installation angles of the single and co
axial wings are investigated. Interference factors between coaxial wings are analyzed via 3D unsteady flow
simulation. The optimal installation angle of downstream wing is much larger than that of upstream wing
Aerodynamic interference between the coaxial wings leads to a significant thrust decrease of downstream
wing than that of the upstream wing. It is found that the thrust of coaxial wing under optimal installation
angle is twice more than that of the single wing which demonstrates that coaxial wing has the potential o
enhance thrust in some condition
Key words: coaxial rotating wing; hovering experiment; CFD; unsteady flow thrust
引言
后对称冀型和无扭转旋翼。前飞时单个旋翼仅需小角
固定翼无人机多使用火箭助飞,伞降回收,因环境度变距可获得与来流呈正攻角的辅助平直机翼,旋翼
十扰,起降具有不定因素,不能实现悬停。旋翼机优锁定后成为輔助机翼,兼顾悬停和前飞状态的气动性
良的悬停和巡航特性,使其成为国内外研究的热点
能,并完成悬停实验和CFD数值验证,验证此方案的
西北工业大学的邓阳平?等研究翼尖喷气的旋转机
可行性,探索悬停状态共轴旋翼的复杂非定常气动特
翼,已开发出了无人机样机。相比单旋翼,共轴双旋翼
性。前后对称翼型是实现悬停和前飞状态转化的关
直升机具有空气动力对称、扭矩相消、悬停效率高、无
键,本文采用带有弯度的上凸下凹前后对称翼型GOF
尾桨、结构紧凑、重量效率高和安全性好等特点“。
10-12,其设计和气动特性详见参考文献[8
实物研发方面,代罗斯卡莫夫设计局已开发出诸多共
轴双旋翼直升机。在理论和数值研究方面,美国马
共轴旋转机翼实验
埋兰大学的 Lakshminarayan等°采用嵌套网格方法模1.1共轴旋转实验台
拟悬停状态微型共轴双旋翼流场。西北工业大学许和
在单旋翼地面实验台“的基础上.增加共轴反转
勇等人”模拟了悬停状态共轴旋翼直升机的动态流场。机构。图1为旋翼实验台,由锥齿轮箱实现两个旋翼
本文对F定翼无人机设计共轴旋转机翼,开发前的共轴反转。转速由变频电机变频器给出,六分量应
收稿日期:2014-10-17修订日期:2014-12-26
基金项目:航空科学基金项目资助(20145753030);国家大学生创新训练计划项日资助(201210699018)
作者简介:闫修(1992-),男,安徴早阳人,硕上:研究生,主要研究方向为理论与计算流体力学。