低雷诺数旋翼翼型设计及气动仿真

摘要

研究了低雷诺数下薄圆弧旋翼的翼型,考虑其对高气动性能、高结构强度和便于制造和轻量化的要求,提出一种具有上凸结构的薄圆弧翼型.通过在翼型上表面增加凸起结构,增加部分弦长的翼型厚度并安装加强筋来提高翼型延展向的结构强度;设计出了最大厚度为4.3％、圆弧均匀厚度为2.5％、最大弯度为5.5％和均匀弯度为4.5％的薄圆弧翼型.采用基于二维定常、不可压缩Navier-Stoke方程的数值仿真方法计算了该翼型在雷诺数为40,000～100,000,迎角为-4°～12°下的气动性能,并获得了该翼型上下表面的压力系数分布线和速度矢量图.采用该翼型制作了直径为40cm,质量为15 g,桨距为15.7 cm的碳纤维旋翼;在悬停状态下完成了它的升力和结构强度试验.实验结果显示其性能满足使用要求.目前,研制的旋翼已成功地应用于某型多旋翼飞行器.