摆线桨非定常气动特性研究

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1、航空学报Jul252014VoI35No71882—1892ActaAeronaut／caetAstronaut／caSin／caISSN1000—6893ON11—1929／V======================================================一http：／／hkxbbuaaeducnhkxb@buaaeducn摆线桨非定常气动特性研究唐继伟，胡峪+，宋笔锋西北工业大学航空学院，陕西西安710072摘要：以西北工业大学研制的滚翼飞行器为研究对象，对摆线桨二维

2、简化模型进行了非定常数值模拟。非定常时lq推进采用双时间法，计算模型的刚体运动和网格变形采用弹簧近似光滑模型和局部重划模型相结合的动网格技术来处理。重点对四桨叶摆线桨转动过程中的瞬时推力、桨叶气动力及其非定常流场进行了研究，结果表明：摆线桨转动一周中瞬时推力大小随转动方位角变化呈近似正弦规律的周期性波动；随着转速变化，摆线桨转动一周的平均推力方向几乎保持恒定；桨叶瞬时法向力和切向力随方位角变化呈明显的“。。”型迟滞环曲线，且桨叶上行状态的气动力明显大于下行状态气动力；摆线桨桨叶尾迹之间具有很强的非定

3、常干扰，对桨叶气动性能会产生较大影响。关键词：摆线桨；数值方法；动网格；非定常；气动特性中图分类号：V211．3；0355文献标识码：A文章编号：10006893(2014)07188211摆线桨是一种桨叶展向同旋转轴轴向平行的新型高效全向推力装置口1，通常由两个以上桨叶组成，桨叶在绕摆线桨转轴公转的同时还绕铰链作俯仰振荡运动。悬停状态时，桨叶的运动轨迹为圆周，而在前飞状态下桨叶运动轨迹为摆线，故名摆线桨瞳1。近年来有关摆线桨的研究已成为国外航空领域的研究热点‘3“1，但国内相关研究极少。摆线桨桨叶

4、绕圆周公转的同时作周期性俯仰振荡运动，桨叶剖面俯仰角呈近似正弦规律变化‘“，会导致很强的非定常流动状态，即使对于悬停状态下的摆线桨，其桨叶气动力也会经历复杂的动态变化过程，这使得定常和准定常的气动力理论模型难以用于摆线桨气动特性分析；另外，由于摆线桨转动时桨叶所受到的离心力和俯仰振荡带来的惯性力较大，测量桨叶的非定常气动力仍是摆线桨实验研究的难点；再者，摆线桨由多个桨叶组成，桨叶俯仰运动产生的尾流对其他桨叶附近流场会产生很大影响，使得桨叶之问的干扰成为复杂的非定常干扰问题。因此，目前摆线桨研究主要是

5、：一方面通过实验研究桨叶数、翼型、桨叶俯仰振幅和展弦比等设计参数对摆线桨悬停气动效率和气动性能的影响E718]；另一方面是基于动圆盘理论和势流假设等理论建立合适的摆线桨气动力半理论半经验计算模型‘”，”_20]，而对于摆线桨推力特性、桨叶气动力及其流场等非定常气动特性的分析和结论相对较少。鉴于此，本文通过对摆线桨二维简化模型进行数值模拟，重点研究了悬停状态下摆线桨的非定常气动特性，为摆线桨推进技术的研究和摆线桨飞行器气动设计提供技术参考。1研究模型研究模型选取西北工业大学研制的滚翼机原理样机FHL0

6、1，如图1所示；摆线桨静拉力实验模型如图2所示。收稿日期：2013-08—26；退修日期：2013—10—25；录用日期：2014—02—26；网络出版时间：2014-03—2012：53网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／107527／S1000—689320140004html*通讯作者Tel：029—88494855E-mail：jul／ushu@hotmailcom现属格式TangJW，FluY，SongBFResearchontheunsteadyaerodynam

7、iccharacteristicsofcycloidalpropellerfJ]ActaAer。帕uticaetAstronaut／caSin／ca，2014，35(77：1882—1892唐继伟，葫峪，宋笔锋摆线桨非定常气动特性研究!如航空学报，2014，35(7)?1882．1892唐继伟等：摆线桨非定常气动特性研究1883表1摆线桨模型构型参数图1原理样机FHL01Fig．1PrototypeofplaneFHL01图2实验模型Fig．2Experimentalsetup在实验中，采用六分量天

8、平测量摆线桨拉力分量及扭矩；采用大功率直流稳压电源向驱动摆线桨转动的无刷电机供电；采用霍尔元件及相应转速计进行摆线桨转速测量；采用NISCXI1520、NIPCI6133数据采集卡和NISCXI1314终端模块完成数据采集和处理。摆线桨模型参数包括：桨叶数b，摆线桨半径R，翼型B。，桨叶展长B。，桨叶弦长c，桨叶构型B酣，桨叶厚度B。，偏心方位角e，桨叶俯仰轴距桨叶前缘距离L。，桨叶在上半周的最大俯仰角目。。。，桨叶在下半周的最大俯仰角曰。。。～。桨叶转速咒一200～