微型旋翼悬停状态气动性能分析方法

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1、第43卷第3期2011年6月南京航JournalofNanjing空航天大学学报UniversityOfAeronautics&Astronautics微型旋翼悬停状态气动性能分析方法唐正飞王畅高卓飞(南京航空航天大学直升机旋翼动力学重点实验室，南京，210016)V01．43No．3Jun．2011摘要：为了了解微型直升机工作时相关的气动知识，建立了一套微型旋翼悬停状态气动性能分析方法。该方法包含了低雷诺数下微型旋翼莱叶翼型的二维气动特性分析的CFD技术和旋翼气动特性分析的动量／叶素理论。对影响微型旋翼悬停性能的因素

2、做了初步分析，合适的翼型弯曲、桨叶尖削等，有助于提高微型旋翼的最大悬停效率。文中还对分析的部分结果进行了试验验证．关键词：微型旋翼；低雷诺数；悬停性能；动量一叶素理论；CFD方法中图分类号：211．52文献标识码：A文章编号：1005—2615(2011)03—0357—06AnalysisMethodforPredictionofMicro-RotorPerformanceinHoverTangZhengfei，WangChang，GaoZhuofei(1．ScienceandTechnologyonRotorcra

3、ftAeromechaniesLaboratory，NaniingUniversityofAeronautics＆Astronautics，Nanjing，210016，China)Abstract：Inordertobetterunderstandingtherelevantmicrohelicopteraerodynamics，amethodforthepredictionofmicro-rotorhoverperformanceispresented．Themethodcombinesthecomputation

4、alfluiddynamics(CFD)techniquefortWO—dimensionalparametricaerodynamicstudyofairfoilsatlowReynoldsnumberswiththebladeelementmomentumtheory(BEMT)forthepredictionofrotorhoverperfor—mance．Thepredictedthrustandpowerofmicro-rotorareingoodagreementwithexperimentalmea—su

5、rements．Theinvestigationexplorestheinfluencesofaseriesofparameterssuchasairfoilshapeandbladeplanformonthemicro-rotorperformance．Theoreticalandexperimentalstudiesshowthatthincirculararcairfoilshape，tiptaperedgeometriesandbladeplanformwithtwistdistributionwillimpr

6、ovethemaximumofmicro—rotorhoverefficiency．Keywords：micro—rotor；lOWreynoldsnumber；hoverperformance；blade-elementmomentumtheory；computationalfluiddynamicsmethod微型旋翼飞行器因具有独特的垂直起降、空中悬停和低速飞行能力，特别适合空间狭小等特殊环境下完成任务，近年来受到各国研究机构的重视。但因微型旋翼尺寸小、速度低，使得微型旋翼工作在低雷诺数的气动环境下，空气的粘性所

7、产生的影响相对较大，更易发生翼型层流分离及翼尖涡等现象，严重影响了微型旋翼的性能，常规的旋翼气动性能分析方法已经不能准确预测微型旋翼的气动特性。因此，需要改进或建立一套新方法，以适应微型旋翼的气动特性分析。微型旋翼气动性能分析的关键是低雷诺数的问题，而低雷诺数主要影响的是翼型的气动特性，因此，微型旋翼气动特性计算可基金项目：航空科学创新基金(2007A52005)资助项目；直升机旋翼动力学重点实验室基金(51463010304ZS5201)资助项目。收稿日期：2010—11—16；修订日期：2011·03—25通讯作者

8、：唐正飞，男。副教授，1957年生，E—mail：tang@nuaa．edu．cn。南京航空航天大学学报第43卷分为两部分：(1)低雷诺数下微型旋翼桨叶翼型的气动特性计算；(2)微型旋翼气动性能的计算。为能快速精确估算微型旋翼的悬停性能，本文低雷诺效下微型旋翼翼型气动特性的计算采用cFD方法，而微型旋翼气动特性的计算则采用传统的动