低噪声无人机螺旋桨前缘锯齿设计与分析
发布时间：2021-08-30 14:51
多旋翼无人机目前在很多领域都运用广泛,如测绘、航拍、救援、快递服务等等。但是,无人机的气动噪声却是制约其民用的一个关键因素之一,因此降低无人机螺旋桨的噪声非常有意义。受猫头鹰静音飞行和前缘锯齿在二维翼型研究的启发,这里将前缘锯齿应用于无人机螺旋桨。通过选择一系列参数,即不同高度和宽度的前缘延伸式锯齿螺旋桨,对前飞工况不同转速下的这些螺旋桨进行气动及噪声测试,探究锯齿参数对于螺旋桨前飞过程中的气动及噪声性能的影响,并寻找降噪规律以及最佳的锯齿参数设计。前缘锯齿结构减小了螺旋桨前飞过程中的推力,增大了扭矩和消耗功率,因而造成整体气动性能的降低,且螺旋桨的推力随锯齿高度的增大先增大后减小,随锯齿宽度增大而减小,扭矩和消耗功率则随锯齿高度增大不断增大,随锯齿宽度增大而减小。而针对相同高宽比的锯齿螺旋桨的分析,发现二者表现出相似的气动力学性能。在噪声性能方面,前缘锯齿结构显著降低了螺旋桨前飞过程的中高频宽频噪声,且中高频宽频降噪量对于锯齿宽度相对于高度更敏感,当锯齿宽度越小,宽频降噪量越大,而纯音噪声主要取决于不同锯齿螺旋桨的气动性能。此外,锯齿螺旋桨的频谱降噪量在达到最大值之前与降噪频率存在明...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
猫头鹰羽毛的三个特征[3]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-6-a)前缘锯齿翼型参数定义b)风洞试验设置图1-4前缘锯齿对翼型-湍流噪声实验研究[29]关于前缘锯齿在翼型的降噪作用，Chaitanya等人作了大量且深入的理论和实验方面的研究，包括前缘锯齿形状、锯齿参数化、锯齿降噪机理等。比如，为证明前缘锯齿对于平板与真实翼型的降噪效果的相似性，Chaitanya等人[30]实验研究了前缘正弦锯齿在真实翼型与湍流相互作用中的降噪效果。对锯齿前缘几何形状进行了参数研究，以了解锯齿参数（高度和宽度）对真实翼型几何形状降噪的敏感性。结果表明，锯齿高度与阵风波长的比值是决定降噪程度的最重要因素。并且观察到降噪量通常随着频率的增加而增加，直到翼型自噪声开始占主导。此外，前缘锯齿能够有效减小翼型高频自噪声。通过PIV实验，他们发现尽管设计的锯齿导致前缘几何形状发生了很大的变化，但前缘附近的流动性很好，翼型的气动性能基本上没有降低。由于用平板也能捕捉到与锯齿翼型同样的行为，Chaitanya等人[31]2017年用平板代替翼型进行了一项参数研究，以实验量化降噪量对正弦锯齿高度和宽度变化的敏感性。该研究主要在理想化湍流中的平板进行。它研究了湍流积分长度对于前缘锯齿降噪的影响。当湍流的横向积分长度尺度约为锯齿宽度的四分之一时，获得的降噪量最大。在最佳锯齿宽度时，相邻波谷声源激励不相关，且锯齿翼型的辐射声功率与斯特劳哈数=/存在关系，最大降噪量大致满足PWL()=10log10(/)+10dB,直到翼型自噪声占主导，其中、分别是频率和来流流速。除锯齿高度、宽度、来流湍流尺度外，Chaitanya等人[32]研究了三种不同前缘锯齿几何形状对于翼型噪声的影响。他们的降噪机理可以分类为声源控制和声辐射控制。第一种简单的包括由不同频率，高度和相位
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-7-们甚至提出了更多形状的前缘锯齿形状，如图1-5所示，展开了更丰富的调查研究[33]。此外，Chaitanya等人[34]为了探究了双波长前缘锯齿与单波长前缘锯齿降噪机理的不同，首先，他们通过实验对前缘双波长锯齿翼型进行了参数化研究，并提出一个简单的解析模型用于解释双波长锯齿的降噪机理，解析模型的结果与实验吻合。对于单波长锯齿，当控制单波长锯齿宽度超过来流湍流积分长度尺度的四倍，锯齿波谷附近的声源激励不相关；而对于双波长锯齿，控制锯齿波谷间距，由于波谷与波谷之间存在流向相位差，存在某特定频率下，相邻波谷声源异相辐射，从而降低噪声。如图1-6所示，波谷与波谷之间展向间距越短，异相辐射越强，降噪效果也越好。图1-5不同前缘锯齿形状对翼型噪声性能影响研究[33]图1-6在来流速度为60m/s时，相同高度不同宽度的双波锯齿降噪效应[34]那么，基于以上分析，如果波谷与波谷之间只有横向相位差而展向距离为0，
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于仿生学结构的翼型降噪实验研究[J]. 程颖颐,乔渭阳,陈伟杰,王良锋,王勋年. 工程热物理学报. 2018(10)
[2]翼型参数对旋翼悬停气动噪声特性影响[J]. 刘大伟,黄俊,王英,姬金祖. 沈阳航空航天大学学报. 2016(04)
[3]前缘锯齿对边界层不稳定噪声的影响[J]. 陈伟杰,乔渭阳,仝帆,段文华,刘团结. 航空学报. 2016(12)
[4]六分量力传感器及其校准系统[J]. 李培玉,谭大鹏,刘端阳,刘果,应美意. 中国机械工程. 2005(17)
硕士论文
[1]中低雷诺数层流翼型纯音气动噪声数值研究[D]. 冯欢欢.南昌航空大学 2019
本文编号：3372983
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
猫头鹰羽毛的三个特征[3]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-6-a)前缘锯齿翼型参数定义b)风洞试验设置图1-4前缘锯齿对翼型-湍流噪声实验研究[29]关于前缘锯齿在翼型的降噪作用，Chaitanya等人作了大量且深入的理论和实验方面的研究，包括前缘锯齿形状、锯齿参数化、锯齿降噪机理等。比如，为证明前缘锯齿对于平板与真实翼型的降噪效果的相似性，Chaitanya等人[30]实验研究了前缘正弦锯齿在真实翼型与湍流相互作用中的降噪效果。对锯齿前缘几何形状进行了参数研究，以了解锯齿参数（高度和宽度）对真实翼型几何形状降噪的敏感性。结果表明，锯齿高度与阵风波长的比值是决定降噪程度的最重要因素。并且观察到降噪量通常随着频率的增加而增加，直到翼型自噪声开始占主导。此外，前缘锯齿能够有效减小翼型高频自噪声。通过PIV实验，他们发现尽管设计的锯齿导致前缘几何形状发生了很大的变化，但前缘附近的流动性很好，翼型的气动性能基本上没有降低。由于用平板也能捕捉到与锯齿翼型同样的行为，Chaitanya等人[31]2017年用平板代替翼型进行了一项参数研究，以实验量化降噪量对正弦锯齿高度和宽度变化的敏感性。该研究主要在理想化湍流中的平板进行。它研究了湍流积分长度对于前缘锯齿降噪的影响。当湍流的横向积分长度尺度约为锯齿宽度的四分之一时，获得的降噪量最大。在最佳锯齿宽度时，相邻波谷声源激励不相关，且锯齿翼型的辐射声功率与斯特劳哈数=/存在关系，最大降噪量大致满足PWL()=10log10(/)+10dB,直到翼型自噪声占主导，其中、分别是频率和来流流速。除锯齿高度、宽度、来流湍流尺度外，Chaitanya等人[32]研究了三种不同前缘锯齿几何形状对于翼型噪声的影响。他们的降噪机理可以分类为声源控制和声辐射控制。第一种简单的包括由不同频率，高度和相位
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-7-们甚至提出了更多形状的前缘锯齿形状，如图1-5所示，展开了更丰富的调查研究[33]。此外，Chaitanya等人[34]为了探究了双波长前缘锯齿与单波长前缘锯齿降噪机理的不同，首先，他们通过实验对前缘双波长锯齿翼型进行了参数化研究，并提出一个简单的解析模型用于解释双波长锯齿的降噪机理，解析模型的结果与实验吻合。对于单波长锯齿，当控制单波长锯齿宽度超过来流湍流积分长度尺度的四倍，锯齿波谷附近的声源激励不相关；而对于双波长锯齿，控制锯齿波谷间距，由于波谷与波谷之间存在流向相位差，存在某特定频率下，相邻波谷声源异相辐射，从而降低噪声。如图1-6所示，波谷与波谷之间展向间距越短，异相辐射越强，降噪效果也越好。图1-5不同前缘锯齿形状对翼型噪声性能影响研究[33]图1-6在来流速度为60m/s时，相同高度不同宽度的双波锯齿降噪效应[34]那么，基于以上分析，如果波谷与波谷之间只有横向相位差而展向距离为0，
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于仿生学结构的翼型降噪实验研究[J]. 程颖颐,乔渭阳,陈伟杰,王良锋,王勋年. 工程热物理学报. 2018(10)
[2]翼型参数对旋翼悬停气动噪声特性影响[J]. 刘大伟,黄俊,王英,姬金祖. 沈阳航空航天大学学报. 2016(04)
[3]前缘锯齿对边界层不稳定噪声的影响[J]. 陈伟杰,乔渭阳,仝帆,段文华,刘团结. 航空学报. 2016(12)
[4]六分量力传感器及其校准系统[J]. 李培玉,谭大鹏,刘端阳,刘果,应美意. 中国机械工程. 2005(17)
硕士论文
[1]中低雷诺数层流翼型纯音气动噪声数值研究[D]. 冯欢欢.南昌航空大学 2019
本文编号：3372983
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