螺旋桨滑流对MAV气动特性的影响研究
微型飞行器(MAV)由飞行方式大致可划分为固定翼、旋翼和扑翼三类。为了获得较大的井力，固定翼MAV一般都在有限尺寸范围内尽可能地增加有效面积(例如”Black Widow”的盘状外形)，采用小展弦比(典型为1.0-1.4)的气动布局。小展弦比固定翼MAV的螺旋桨直径与翼展之比远大于常规飞机，加之MAV通常采用螺旋桨前置，因此浸在螺旋桨滑流区中机翼面积的比重很大，螺旋桨滑流会对全机的气动特性产生显著的影响。本文针对不同螺旋桨转速、来流风速以及不同布局(单翼与双翼)MAV，通过低速风洞试验对螺旋桨滑流的影响进行了较为细致的研究.试验在中国航天空气动力技术研究院的FD-10低速风洞中进行.机翼模型材料为硬铝，采用平板翼型，前后缘为半椭圆(长短轴之比为5：1)，平均气动弦长均为150mm，展弦比为1.5.试验风速为12m/s和18m／s，相应的基于机翼平均气动弦长的雷诺数为1.2×103和1.8×105，试验攻角范围为-4°~36°.螺旋桨直径为74mm，转速变化范围为0~12000rpm.采用高精度小量程六分量天平测力，试验模型通过安装在机翼下后方的支座以尾支撑方式与天平相连接。螺旋桨的安装位置在反齐莫曼单翼模型上位于翼前缘，即拉进式；在双翼(上翼为齐莫曼翼，下翼为反齐莫曼翼)模型上则位于上翼后缘，即推进式.研究结果表明：(1)对于反齐莫曼单翼而言，螺旋浆滑流对其气动特性影响很大，会使得机翼的失速攻角、最大升力系数和阻力系数增加，升阻比峰值降低.根据动量理论，螺旋桨滑流会增加来流速度，使得当地动压增加，从而增加位于其后滑流区中机翼的升力和阻力；同时，由于滑流增加了来流空气的能量，与没有螺旋桨时相比，机翼上表面边界层内的气体有更多的动能可以用来恢复压强，延缓翼面上的分离，从而增大机翼的失速攻角和最大升力系数.(2)当来流风速不变而螺旋桨的转速增加时，滑流的影响增强.这是由于随着螺旋桨转速的增加，桨叶迎角增大，相对气流的速度也增大，因而螺旋桨产生的拉力就会增大，滑流的影响也随之增强.(3)当螺旋桨的转速不变而来流风速增加时，滑流的影响减弱。这是由于随着来流风速的增加，浆叶迎角战小，因而螺旋桨产生的拉力就会减小，滑流的影响也随之减弱.(4)对干上齐下反双翼布局而言，螺旋桨滑流对其气动特性的影响小于反齐莫曼单翼。在之前的工作中发现，当双翼布局MAV的上翼位于下翼上游时，上翼载荷在双翼总载荷中占主导地位.本次试验中螺旋桨的安装位置位于上翼后缘，滑漉时上翼涡结构的影响较小，因此双翼的升力和阻力系数变化不大.
螺旋桨滑流 微型飞行器 气动特性 风洞试验
詹慧玲 白鹏 陈钱
中国航天空气动力技术研究院,100074
国内会议
北京
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2011-01-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）