【摘要】：隨著旋翼式飛行器在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,旋翼的空間結(jié)構(gòu)布局也朝著更加緊湊的方向發(fā)展。本文選取微型共軸式雙旋翼飛行器為研究對象,從空氣動(dòng)力學(xué)角度定性分析低雷諾數(shù)下粘性效應(yīng)和翼間干擾對旋翼氣動(dòng)性能的影響,將數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究結(jié)果互為驗(yàn)證,對旋翼系統(tǒng)重要的氣動(dòng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,從而得到較優(yōu)的氣動(dòng)布局方案,并為旋翼式飛行器的優(yōu)化提供一定的理論基礎(chǔ)和相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)�；谛沓墒斓臍鈩�(dòng)性能分析理論,利用修正的動(dòng)量-葉素法對低雷諾數(shù)下計(jì)入粘性效應(yīng)的旋翼氣動(dòng)性能進(jìn)行了理論計(jì)算,并得到相關(guān)理論計(jì)算公式。同時(shí)明確了粘性效應(yīng)對翼型氣動(dòng)特性的影響,并建立了懸停和自然來流狀態(tài)下空氣動(dòng)力學(xué)模型,定性地分析了翼間氣動(dòng)干擾。建立了一套針對微型旋翼流場特性分析的數(shù)值模擬方法,主要得到翼型的升阻力系數(shù)以及槳尖壓強(qiáng)、流線和速度矢量分布等,分析了翼型升阻特性和旋翼流場在低雷諾數(shù)下的分布特點(diǎn)。此外,搭建了微型單旋翼氣動(dòng)性能測試試驗(yàn)臺(tái),將所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果進(jìn)行對比,驗(yàn)證了模擬方法和試驗(yàn)臺(tái)的準(zhǔn)確性和可靠性。在微型單旋翼性能測試裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn),搭建微型共軸旋翼氣動(dòng)特性測試試驗(yàn)臺(tái),得到不同間距和轉(zhuǎn)速下的旋翼拉力和功耗,試驗(yàn)測量誤差均小于2%。同時(shí),利用驗(yàn)證有效的數(shù)值模擬方法,細(xì)致分析了間距比對流場分布的影響。綜合試驗(yàn)數(shù)據(jù)和模擬分析的結(jié)果,初步得出微型共軸雙旋翼的最佳氣動(dòng)布局。此外,為了測試共軸雙旋翼的來流抗風(fēng)擾性能,對比無來流的狀態(tài),選取自然環(huán)境中典型的二級(jí)風(fēng)和三級(jí)風(fēng),利用低速風(fēng)洞進(jìn)行來流吹風(fēng)試驗(yàn),結(jié)合數(shù)值模擬結(jié)果綜合分析來流速度和方向?qū)π須鈩?dòng)特性的影響,得出改善旋翼系統(tǒng)氣動(dòng)性能的方法,初步探索微型共軸旋翼系統(tǒng)的抗風(fēng)擾能力。研究結(jié)果表明:(1)本文采用的翼型具有較好的升阻比和懸停性能;(2)翼型在低雷諾數(shù)工作環(huán)境中的氣動(dòng)性能下降;(3)間距比h/r=0.38為共軸雙旋翼最佳氣動(dòng)布局,隨著間距比增大,共軸拉力和功耗均降低并逐漸與間距大小無關(guān);(4)共軸雙旋翼在低轉(zhuǎn)速下具有較高的功率載荷;(5)上旋翼對共軸雙旋翼總拉力的貢獻(xiàn)大于下旋翼;(6)在豎直來流環(huán)境中,共軸雙旋翼的氣動(dòng)性能下降,隨來流速度增大性能下降加劇,而在水平來流環(huán)境中具有較好的抗風(fēng)擾性能,其氣動(dòng)性能隨來流速度增大得到提高。
【圖文】：

１．２研究現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)逡逑Ｃｏｌｅｍａｎ［２６】在邋ＮＡＳＡ邋（Ｎａｔｉｏｎａｌ邋Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ邋ａｎｄ邋Ｓｐａｃｅ邋Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ）的一報(bào)告中闡述了對于空氣動(dòng)力問題的看法以及共軸技術(shù)的現(xiàn)狀，他發(fā)現(xiàn)相關(guān)研究要來自美國、俄羅斯、日本、英國和德國，分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)主要研究重點(diǎn)集在旋翼間的載荷分布、槳葉實(shí)度、尾跡結(jié)構(gòu)、旋翼間距和共軸式結(jié)構(gòu)等。因此，逡逑共軸式雙旋翼結(jié)構(gòu)氣動(dòng)布局的研究對于微型飛行器的發(fā)展是有一定意義的。逡逑由乎旋翼轉(zhuǎn)速和尺寸的限制以及旋翼間緊湊的布局結(jié)構(gòu)，微型旋翼飛行器低雷諾數(shù)下產(chǎn)生的氣動(dòng)千擾成為亟待解決的問題。相比常規(guī)的飛行器，微型旋流場分析的困難體現(xiàn)在：第一，低雷諾數(shù)環(huán)境中空氣粘性產(chǎn)生的影響較大，使翼性能分析復(fù)雜化；第二，上下旋翼間的布局緊湊，旋翼間重疊區(qū)域內(nèi)存在強(qiáng)的氣動(dòng)干擾，流場中存在復(fù)雜的槳葉－渦流和渦流－渦流干擾，使共軸雙旋翼系

１．２研究現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)逡逑Ｃｏｌｅｍａｎ［２６】在邋ＮＡＳＡ邋（Ｎａｔｉｏｎａｌ邋Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ邋ａｎｄ邋Ｓｐａｃｅ邋Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ）的一報(bào)告中闡述了對于空氣動(dòng)力問題的看法以及共軸技術(shù)的現(xiàn)狀，，他發(fā)現(xiàn)相關(guān)研究要來自美國、俄羅斯、日本、英國和德國，分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)主要研究重點(diǎn)集在旋翼間的載荷分布、槳葉實(shí)度、尾跡結(jié)構(gòu)、旋翼間距和共軸式結(jié)構(gòu)等。因此，逡逑共軸式雙旋翼結(jié)構(gòu)氣動(dòng)布局的研究對于微型飛行器的發(fā)展是有一定意義的。逡逑由乎旋翼轉(zhuǎn)速和尺寸的限制以及旋翼間緊湊的布局結(jié)構(gòu)，微型旋翼飛行器低雷諾數(shù)下產(chǎn)生的氣動(dòng)千擾成為亟待解決的問題。相比常規(guī)的飛行器，微型旋流場分析的困難體現(xiàn)在：第一，低雷諾數(shù)環(huán)境中空氣粘性產(chǎn)生的影響較大，使翼性能分析復(fù)雜化；第二，上下旋翼間的布局緊湊，旋翼間重疊區(qū)域內(nèi)存在強(qiáng)的氣動(dòng)干擾，流場中存在復(fù)雜的槳葉－渦流和渦流－渦流干擾，使共軸雙旋翼系
【學(xué)位授予單位】：福州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V221.3;V211.52

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