基于猫头鹰翅膀特征的旋翼叶片仿生设计

摘要

猫头鹰具有独特的静音飞行特性和高超的飞行姿态控制能力.本文基于猫头鹰翅膀的下表面特征,以用于无人机的某型号旋翼为研究对象,通过在其下表面靠近尾缘的区域内添加表面凸起结构,以改善该旋翼的气动性能和声学性能.本文设计3种仿生旋翼模型,分别具有三角棱柱型、四面体型和流线型凸起结构,采用CFD仿真计算优选最佳仿生模型,进行实验测试与验证,以研究最佳仿生旋翼的气动性能和声学特性,并与原型旋翼进行对比.研究中发现,具有三角棱柱型凸起结构的仿生旋翼兼有较高的升力和较低的噪声,与原型旋翼相比,在转速为3000r/min时,其升力提升了5.2％,噪声最大降低了4dB,其性能要优于其他两种仿生旋翼.本文工作为改善旋翼气动性能、降低旋翼噪声提供了一种有效途径.