多旋翼無人機目前在很多領(lǐng)域都運用廣泛,如測繪、航拍、救援、快遞服務(wù)等等。但是,無人機的氣動噪聲卻是制約其民用的一個關(guān)鍵因素之一,因此降低無人機螺旋槳的噪聲非常有意義。受貓頭鷹靜音飛行和前緣鋸齒在二維翼型研究的啟發(fā),這里將前緣鋸齒應(yīng)用于無人機螺旋槳。通過選擇一系列參數(shù),即不同高度和寬度的前緣延伸式鋸齒螺旋槳,對前飛工況不同轉(zhuǎn)速下的這些螺旋槳進行氣動及噪聲測試,探究鋸齒參數(shù)對于螺旋槳前飛過程中的氣動及噪聲性能的影響,并尋找降噪規(guī)律以及最佳的鋸齒參數(shù)設(shè)計。前緣鋸齒結(jié)構(gòu)減小了螺旋槳前飛過程中的推力,增大了扭矩和消耗功率,因而造成整體氣動性能的降低,且螺旋槳的推力隨鋸齒高度的增大先增大后減小,隨鋸齒寬度增大而減小,扭矩和消耗功率則隨鋸齒高度增大不斷增大,隨鋸齒寬度增大而減小。而針對相同高寬比的鋸齒螺旋槳的分析,發(fā)現(xiàn)二者表現(xiàn)出相似的氣動力學(xué)性能。在噪聲性能方面,前緣鋸齒結(jié)構(gòu)顯著降低了螺旋槳前飛過程的中高頻寬頻噪聲,且中高頻寬頻降噪量對于鋸齒寬度相對于高度更敏感,當(dāng)鋸齒寬度越小,寬頻降噪量越大,而純音噪聲主要取決于不同鋸齒螺旋槳的氣動性能。此外,鋸齒螺旋槳的頻譜降噪量在達到最大值之前與降噪頻率存在明... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級別】：碩士

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貓頭鷹羽毛的三個特征[3]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-6-a)前緣鋸齒翼型參數(shù)定義b)風(fēng)洞試驗設(shè)置圖1-4前緣鋸齒對翼型-湍流噪聲實驗研究[29]關(guān)于前緣鋸齒在翼型的降噪作用，Chaitanya等人作了大量且深入的理論和實驗方面的研究，包括前緣鋸齒形狀、鋸齒參數(shù)化、鋸齒降噪機理等。比如，為證明前緣鋸齒對于平板與真實翼型的降噪效果的相似性，Chaitanya等人[30]實驗研究了前緣正弦鋸齒在真實翼型與湍流相互作用中的降噪效果。對鋸齒前緣幾何形狀進行了參數(shù)研究，以了解鋸齒參數(shù)（高度和寬度）對真實翼型幾何形狀降噪的敏感性。結(jié)果表明，鋸齒高度與陣風(fēng)波長的比值是決定降噪程度的最重要因素。并且觀察到降噪量通常隨著頻率的增加而增加，直到翼型自噪聲開始占主導(dǎo)。此外，前緣鋸齒能夠有效減小翼型高頻自噪聲。通過PIV實驗，他們發(fā)現(xiàn)盡管設(shè)計的鋸齒導(dǎo)致前緣幾何形狀發(fā)生了很大的變化，但前緣附近的流動性很好，翼型的氣動性能基本上沒有降低。由于用平板也能捕捉到與鋸齒翼型同樣的行為，Chaitanya等人[31]2017年用平板代替翼型進行了一項參數(shù)研究，以實驗量化降噪量對正弦鋸齒高度和寬度變化的敏感性。該研究主要在理想化湍流中的平板進行。它研究了湍流積分長度對于前緣鋸齒降噪的影響。當(dāng)湍流的橫向積分長度尺度約為鋸齒寬度的四分之一時，獲得的降噪量最大。在最佳鋸齒寬度時，相鄰波谷聲源激勵不相關(guān)，且鋸齒翼型的輻射聲功率與斯特勞哈數(shù)=/存在關(guān)系，最大降噪量大致滿足PWL()=10log10(/)+10dB,直到翼型自噪聲占主導(dǎo)，其中、分別是頻率和來流流速。除鋸齒高度、寬度、來流湍流尺度外，Chaitanya等人[32]研究了三種不同前緣鋸齒幾何形狀對于翼型噪聲的影響。他們的降噪機理可以分類為聲源控制和聲輻射控制。第一種簡單的包括由不同頻率，高度和相位

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-7-們甚至提出了更多形狀的前緣鋸齒形狀，如圖1-5所示，展開了更豐富的調(diào)查研究[33]。此外，Chaitanya等人[34]為了探究了雙波長前緣鋸齒與單波長前緣鋸齒降噪機理的不同，首先，他們通過實驗對前緣雙波長鋸齒翼型進行了參數(shù)化研究，并提出一個簡單的解析模型用于解釋雙波長鋸齒的降噪機理，解析模型的結(jié)果與實驗吻合。對于單波長鋸齒，當(dāng)控制單波長鋸齒寬度超過來流湍流積分長度尺度的四倍，鋸齒波谷附近的聲源激勵不相關(guān)；而對于雙波長鋸齒，控制鋸齒波谷間距，由于波谷與波谷之間存在流向相位差，存在某特定頻率下，相鄰波谷聲源異相輻射，從而降低噪聲。如圖1-6所示，波谷與波谷之間展向間距越短，異相輻射越強，降噪效果也越好。圖1-5不同前緣鋸齒形狀對翼型噪聲性能影響研究[33]圖1-6在來流速度為60m/s時，相同高度不同寬度的雙波鋸齒降噪效應(yīng)[34]那么，基于以上分析，如果波谷與波谷之間只有橫向相位差而展向距離為0，

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于仿生學(xué)結(jié)構(gòu)的翼型降噪實驗研究[J]. 程穎頤,喬渭陽,陳偉杰,王良鋒,王勛年.  工程熱物理學(xué)報. 2018(10)
[2]翼型參數(shù)對旋翼懸停氣動噪聲特性影響[J]. 劉大偉,黃俊,王英,姬金祖.  沈陽航空航天大學(xué)學(xué)報. 2016(04)
[3]前緣鋸齒對邊界層不穩(wěn)定噪聲的影響[J]. 陳偉杰,喬渭陽,仝帆,段文華,劉團結(jié).  航空學(xué)報. 2016(12)
[4]六分量力傳感器及其校準(zhǔn)系統(tǒng)[J]. 李培玉,譚大鵬,劉端陽,劉果,應(yīng)美意.  中國機械工程. 2005(17)

碩士論文
[1]中低雷諾數(shù)層流翼型純音氣動噪聲數(shù)值研究[D]. 馮歡歡.南昌航空大學(xué) 2019



本文編號：3372983